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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
ANA GABRIELA DA SILVA ANTHERO
ESTUDO DO PROCESSO DE MALTEAÇÃO DA AVEIA (Avena sativa)
CURITIBA
2017
ANA GABRIELA DA SILVA ANTHERO
ESTUDO DO PROCESSO DE MALTEAÇÃO DA AVEIA (Avena sativa)
Dissertação apresentação apresentada como requisito parcial à obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Alimentos, no Curso de Pós-Graduação de Engenharia de Alimentos, Setor de Tecnologia da Universidade Federal do Paraná.
Orientador: Profª Drª Regina Maria Matos Jorge Co-orientador: Prof. Dr. Luiz Mário Matos Jorge
CURITIBA
2017
A627
Anthero, Ana Gabriela da Silva
Estudo de processo de malteação da aveia (Avena sativa). / Ana Gabriela
da Silva Anthero. – Curitiba, 2017.
108 f.: il.; tabs. : color. : 30 cm.
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de
Tecnologia, Curso de Pós-Graduação de Engenharia de Alimentos.
Orientadora: Profª Drª Regina Maria Matos Jorge
Co-orientador: Prof. Dr. Luiz Mário Matos Jorge
Bibliografia: p.101-108.
1. Aveia. 2. Malte. 3. Engenharia de Alimentos. I. Universidade Federal
do Paraná. II. Jorge, Regina Maria Matos. III. Título.
CDD 663.42
Dedico este trabalho à minha mãe pelo apoio mútuo,
sendo meu porto seguro e o amor da minha vida.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus por ter me dado força e sabedoria durante essa jornada,
sem ele nada sou.
A minha mãe devo tudo que sou por isso dedico à senhora esse trabalho.
Obrigada de coração pelas orações, seu amor e apoio incondicional, saiba que a
senhora é meu espelho, te amo mãezinha.
Ao meu pai agradeço por acreditar que um dia eu chegaria até aqui,
obrigada pelo apoio e principalmente por não me deixar desistir, te amo muito.
A minha família, avô, tios e tias, muito obrigada pelo incentivo nessa jornada.
Ao meu irmão Victor, minha cunhada Renata e meus sobrinhos Lara e
Samuel, por todo apoio e carinho durante essa caminhada.
Ao meu amor Junior, pela paciência, amor e por toda ajuda nos
experimentos, e por ser minha calmaria nos momentos difíceis, sou eternamente
grata a Deus por te colocado você em minha vida.
Agradeço meus orientadores Dr. Regina e professor Dr. Luiz Mário pela
oportunidade de trabalho, pela confiança e por todo apoio durante o mestrado.
Aos Professores Patrício Peralta e Noemi Nagata e sua aluna Bianca do
Amaral, muito obrigada por toda atenção e apoio para realização deste trabalho.
Aos membros de banca, Marcelo Lenzi e Cristiane Helm por terem aceito o
convite para participar da defesa e pelas contribuições realizadas ao trabalho.
À Fabiane Bach, amiga que o mestrado trouxe pra mim, muito obrigada pela
ajuda nos experimentos, pela amizade e por sempre estar disposta a me ajudar.
Obrigada Fernanda Mattioda e Ithiara Dal Ponte pelo companheirismo, pela
participação mútua neste trabalho, pelas correções, pelas palavras de conforto e
apoio durante os momentos que mais precisei.
As minhas amigas que levarei pra sempre comigo, Fran, Cris, Tati e Luana
muito obrigada por todo apoio, pela companhia e amizade.
Agradeço a Beatriz Souza e a Francieli Begnini pela amizade e pelo apoio
nas análises de atividade enzimática.
Aos meus amigos do laboratório de Engenharia de Processos de Sistemas
Particulados, Fernanda, Ithiara, Rayssa, Cristiane, Viviane, Thaisa, Chacon,
Geovana, Guilherme, Danielli e Gabriel, agradeço de coração por toda ajuda, pelo
conhecimento compartilhado, por tornarem as horas no laboratório mais alegres,
saibam quem sem a ajuda de vocês esse trabalho não seria possível.
Aos meus parceiros de pesquisa, meus alunos de iniciação, Paulo e Jardel,
pelas horas e horas que me ajudaram no laboratório, pela paciência que tiveram
comigo e pelo interesse em aprender.
Aos técnicos de laboratório, Walderson, Marcelo, Patrícia e Andréa, muito
obrigada pela ajuda com as análises e por cederem espaço para realização da
pesquisa.
Agradeço a Empresa SL Alimentos, em especial a Raceli Sandrin por ter
cedido as amostras de Aveia e a Empresa Embrapa Florestas pela oportunidade de
realização parcial das análises.
Ao Centro de Microscopia eletrônica da UFPR.
A Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos pela oportunidade de
realização do mestrado.
Agradeço a CAPES pelo apoio financeiro.
Por fim, agradeço todas as pessoas que de alguma maneira contribuíram na
realização deste trabalho.
“Ama-se mais o que se conquista com esforço.”
Benjamin Disraeli.
RESUMO
A aveia é um cereal com propriedades nutricionais específicas e quando é
submetida ao processo malteação pode aumentar os teores de compostos bioativos
e seu valor nutricional. A importância do malte de aveia é que o mesmo pode ser
utilizado em pães, biscoitos, bebidas fermentadas e na fabricação de cervejas. O
propósito deste estudo foi estudar o processo de obtenção de malte de aveia dos
cultivares IPR Afrodite e URS CORONA para potencializar seu uso na indústria de
alimentos. O estudo foi conduzido pela caracterização do grão de aveia, avaliação
da cinética de maceração; determinação do potencial germinativo e o poder de
germinação; e por fim caracterização dos maltes de aveia obtidos. A aveia IPR
Afrodite apresentou maior teor de amido (42%) e de lipídios (5,26 %), em
contrapartida, o cultivar URS CORONA apresentou maior teor de fibras. O processo
de maceração (hidratação) foi realizado nas temperaturas 10, 15, 20 e 25 °C. As
cinéticas mostraram que os cultivares de aveia apresentam duas fases de
hidratação, caracterizadas pelas forças capilares e pela difusão. O regime de
hidratação observado foi caracterizado como absorção de água distribuída pelo grão
de aveia. Os modelos matemáticos empíricos usados para descrever o
comportamento cinético apresentaram ajustes satisfatórios, no qual os coeficientes
de determinação para as isotermas ajustadas por Peleg e Weibull apresentaram
valores de R² superiores a 90%, baixos valores de RMSE (<5%) e P (<10%). Os
modelos fenomenológicos indicaram melhor ajuste para o modelo de Difusão. O
Coeficiente difusivo aumentou com o acréscimo da temperatura de hidratação. Os
maltes de aveia apresentaram diferenças em sua estrutura química e morfológica,
devido ao processo de germinação. Quanto aos teores de açúcares redutores,
compostos bioativos e atividade antioxidante, os maltes apresentaram valores
superiores aos do grão de aveia in natura, para ambos os cultivares, e valores
semelhantes para o malte de cevada comercial, exceto para o teor de açúcares
redutores, pois no malte comercial foi determinado um alto teor. Contudo, constatou-
se que as temperaturas de hidratação contribuíram para as mudanças ocorridas na
estrutura, composição química e morfológica dos maltes de aveia.
Palavras- chaves: Malte de aveia. Cinética de hidratação. Atividade Antioxidante.
ABSTRACT
The oat grain is a cereal with specific nutritional properties and when
subjected to the malting process can increase the contents of bioactive compounds
and their nutritional value. The importance of oat malt is that it can be used in breads,
biscuits, fermented beverages and brewing. The purpose of this study was to study
the process to obtain of oat malt from the cultivars IPR Aphrodite Afrodite and URS
CORONA to enhance its use in the food industry. The study was conducted provided
by the characterization of the oat grain, evaluation of the maceration kinetics;
Determination of germination potential and germination power; and finally
characterize the obtained oats malt. The IPR Afrodite oats presented higher starch
content (42%), lipids (5.26%) in contrast, the cultivar URS CORONA presented
higher fiber content. The maceration process (hydration) was carried out at
temperatures 10, 15, 20 and 25 ° C. The experimental hydration Kinetic showed that
oat cultivars present two different phases depending of the dynamic behavior of the
of hydration phase , characterized by capillary forces and diffusion. In addition, an
absorption of water by distributed grain was observed. The empirical mathematical
models used to describe the behavior had satisfactory adjustments, in which the
determination coefficients for the isotherms adjusted by Peleg and Weibull presented
R² values higher than 90%, lower values of RMSE (<5%) and P (<10 %). The
phenomenological models indicated a better fit for the diffusion model. The diffusive
coefficient increased the increase of the hydration temperature. The oat malt
presented differences in their chemical and morphological structure due to the
germination process. Regarding the reductive sugars, bioactive compounds and
antioxidant activities, the malts had values slightly higher than the oat grain in natura,
for both cultivars, but similar values for commercial barley malt, except for the
reducing sugars content. The results obtained in this work showed that the hydration
temperatures contributed to the changes in the structure, chemical and
morphological composition of the oats malt.
Keywords: Oat Malt.Kinetic hydration. Antioxidant activities.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - GRÃO DE AVEIA E DETALHES DAS SUAS SEÇÕES LONGITUDINAL E
TRANSVERSAL .................................................................................................................. 19
FIGURA 2 - ETAPAS DO PROCESSAMENTO DO GRÃO DE AVEIA ................................ 24
FIGURA 3 - A) AVEIA BRANCA COM CASCA; B) AVEIA BRANCA DESCASCADA C)
AVEIA EM FLOCOS GRANDES; D) AVEIA EM FLOCOS MÉDIOS; E) FARINHA DE AVEIA
BRANCA; F) FARELO DE AVEIA BRANCA. ....................................................................... 26
FIGURA 4 - FLUXOGRAMA DO PROCESSO DE MALTEAÇÃO DA AVEIA ....................... 27
FIGURA 5 - AVEIA BRANCA (IPR AFRODITE) GERMINADA ............................................ 29
FIGURA 6 - REPRESENTAÇÃO DO PROCESSO DE HIDRATAÇÃO NA FORMA
CONCENTRADA (A) E DISTRIBUÍDA PARA O GRÃO DE AVEIA (B) ................................ 37
FIGURA 7 – ESTRUTURA QUÍMICA DO ÁCIDO CAFÉICO. .............................................. 43
FIGURA 8 – ESTRUTURA QUÍMICA DO ÁCIDO Ρ- CUMÁRICO. ...................................... 43
FIGURA 9 – ESTRUTURA QUÍMICA DO ÁCIDO FERÚLICO ............................................. 43
FIGURA 10 – DIAGRAMA COM AS ANÁLISES REALIZADAS NO TRABALHO. ................ 47
FIGURA 11 - IMAGENS DA ESTRUTURA DA AVEIA IPR AFRODITE ............................... 62
FIGURA 12 - IMAGENS DA ESTRUTURA DA AVEIA URS CORONA ................................ 63
FIGURA 13 - CURVAS CINÉTICAS DE HIDRATAÇÃO EM DIFERENTES TEMPERATURAS
(CULTIVAR IPR AFRODITE) ............................................................................................... 66
FIGURA 14 - CURVAS CINÉTICAS DE HIDRATAÇÃO EM DIFERENTES TEMPERATURAS
(CULTIVAR URS CORONA). ............................................................................................... 67
FIGURA 15 - REGIME DE HIDRATAÇÃO- HIDRATAÇÃO COM CORANTE (35 °C)
CULTIVAR URS CORONA .................................................................................................. 68
FIGURA 16 - MODELO CINÉTICO DE PELEG AJUSTADO PARA DIFERENTES
TEMPERATURAS (CULTIVAR IPR AFRODITE). ................................................................ 69
FIGURA 17 - MODELO CINÉTICO DE PELEG AJUSTADO PARA DIFERENTES
TEMPERATURAS (CULTIVAR URS CORONA). ................................................................. 69
FIGURA 18 - MODELO CINÉTICO DE WEIBULL AJUSTADO EM DIFERENTES
TEMPERATURAS (CULTIVAR IPR AFRODITE). ................................................................ 70
FIGURA 19 - MODELO CINÉTICO DE WEIBULL AJUSTADO EM DIFERENTES
TEMPERATURAS DO (CULTIVAR URS CORONA). .......................................................... 70
FIGURA 20 - MODELO PARÂMETROS CONCENTRADOS (CULTIVAR IPR AFRODITE). 76
FIGURA 21 - MODELO PARÂMETROS CONCENTRADOS (CULTIVAR URS CORONA). 76
FIGURA 22 - MODELO DE DIFUSÃO (CULTIVAR IPR AFRODITE). .................................. 76
FIGURA 23 - MODELO DE DIFUSÃO (CULTIVAR IPR AFRODITE). .................................. 76
FIGURA 24 - ILUSTRAÇÃO DO ESQUEMA DE MACERAÇÃO (HIDRATAÇÃO) DO GRÃO
DE AVEIA (AVENA SATIVA) ............................................................................................... 80
FIGURA - 25 - REPRESENTAÇÃO DO PROCESSO DE SECAGEM DOS GRÃOS
GERMINADOS .................................................................................................................... 81
FIGURA 26 - ESPECTROS FTIR DAS AMOSTRAS DE MALTE E AVEIA IN NATURA. ..... 82
FIGURA 27 - IMAGENS MICROSCÓPICAS DOS MALTES DE AVEIA, AVEIA IN NATURA E
PARA O CULTIVAR URS CORONA. AMPLIAÇÕES DE 2 KX E 9.00 KX DA ESQUERDA
PARA DIREITA. ................................................................................................................... 84
FIGURA 28 - IMAGENS MICROSCÓPICAS DOS MALTES DE AVEIA, AVEIA IN NATURA
PARA O CULTIVAR IPR AFRODITE E O MALTE CEVADA COMERCIAL. AMPLIAÇÕES DE
2 KX E 9.00 KX DA ESQUERDA PARA DIREITA.. .............................................................. 85
FIGURA 29 - CAMADA DA ALEURONA DA AVEIA MALTADA ........................................... 86
FIGURA 30 - GRÂNULOS DE AMIDO DE ARROZ GERMINADO ....................................... 87
FIGURA 31 - COMPOSTOS FENÓLICOS TOTAIS ............................................................. 93
FIGURA 32 - ANÁLISE DE DPPH ....................................................................................... 93
FIGURA 33 - ANÁLISE DE ABTS ........................................................................................ 93
FIGURA 34 - ANÁLISE DE FRAP ........................................................................................ 93
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - PRODUÇÃO NACIONAL DE AVEIA BRANCA NA SAFRA DE 2013/2014. ..... 17
TABELA 2 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA AVEIA ............................................................... 22
TABELA 3 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA AVEIA ............................................................... 23
TABELA 4 A - ESTUDOS CINÉTICOS DE HIDRATAÇÃO EM ALIMENTOS COM AJUSTES
MATEMÁTICOS POR MODELOS EMPIRICOS .................................................................. 34
TABELA 4 B- ESTUDOS CINÉTICOS DE HIDRATAÇÃO EM ALIMENTOS COM AJUSTES
MATEMÁTICOS POR MODELOS EMPÍRICOS .................................................................. 35
TABELA 5 A- ESTUDOS DE CINÉTICA DE HIDRATAÇÃO EM ALIMENTOS COM
AJUSTES MATEMÁTICOS POR MODELOS ...................................................................... 39
TABELA 5 B- ESTUDOS DE CINÉTICA DE HIDRATAÇÃO EM ALIMENTOS COM
AJUSTES MATEMÁTICOS POR MODELOS FENOMENOLÓGICOS ................................. 40
TABELA 6 – VALORES DE COMPOSTOS FENÓLICOS E ATIVIDADE ANTIOXIDANTE DO
GRÃO DE AVEIA E SUAS FRAÇÕES ................................................................................. 44
TABELA 7 - MODELOS MATEMÁTICOS EMPÍRICOS ....................................................... 51
TABELA 8- COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS CULTIVARES DA AVEIA BRANCA ................. 60
TABELA 9 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS CULTIVARES IPR AFRODITE E URS
CORONA. ............................................................................................................................ 63
TABELA 10 - QUANTIDADE DE ÁGUA ABSORVIDA NAS DIFERENTES TEMPERATURAS
E FASES OBSERVADAS DURANTE A HIDRATAÇÃO DOS CULTIVARES DE AVEIA ...... 67
TABELA 11- PARÂMETROS CINÉTICOS DOS AJUSTES PELOS MODELOS EMPÍRICOS
............................................................................................................................................ 71
TABELA 12 - EQUAÇÕES DOS PARÂMETROS DOS MODELOS PELA LEI DE
ARRHENIUS ....................................................................................................................... 74
TABELA 13 – MODELOS GENERALIZADOS PARA O CULTIVARES IPR AFRODITE E
URS CORONA .................................................................................................................... 75
TABELA 14 – AJUSTES MATEMÁTICOS POR MODELOS FENOMENOLOGICOS ........... 77
TABELA 15 – RESULTADO DO POTENCIAL GERMINATIVO E PODER GEMINATIVO DOS
CULTIVARES IPR AFRODITE E URS CORONA ................................................................ 80
TABELA 16 – NOMENCLATURA DOS MALTES E TEOR DE UMIDADE( %) ..................... 81
TABELA 17 – AÇÚCARES REDUTORES (MG.L-1) ............................................................. 88
TABELA 18- EQUAÇÕES DA CURVA DE CALIBRAÇÃO DOS COMPOSTOS PADRÕES
PAR QUANTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS FENÓLICOS. ................................................... 90
TABELA 19 – TEORES DE COMPOSTOS FENÓLICOS QUANTIFICADOS POR CLAE
(CROMATOGRAFIA LÍQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA) ....................................................... 91
LISTA DE SÍMBOLOS
D0 Constante de proporcionalidade
Def Coeficiente de difusão efetivo
Ea Energia de ativação
GLR Grau de liberdade
k1 Constante de velocidade de transferência de massa do
modelo de Peleg
k2 Constante de capacidade de Absorção de água
ks Coeficiente convectivo de transferência de massa
N Número de observações
NA Fluxo mássico de água
P Erro médio relativo
R Constante universal dos gases
r Raio do grão
R² Coeficiente de determinação
RMSE Raiz quadrada média do erro
SE Estimativa do desvio padrão
T Temperatura
t Tempo
U Umidade
U0 Umidade inicial
Ubu Umidade em base úmida
Ueq Umidade de equilíbrio
Us Umidade de saturação
Ut Umidade no instante de tempo t
V Volume do grão
α Parâmetro de escala (capacidade de absorção)
β Parâmetro de forma (velocidade de absorção)
ρ Densidade
ρA Concentração média de água no grão
ρA0 Concentração inicial de água no grão
ρeq Concentração de água no grão no equilíbrio
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 14
1.1 OBJETIVOS ........................................................................................................ 15
1.1.1 OBJETIVO GERAL........................................................................................... 15
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................ 15
2 REVISÃO DA LITERATURA .................................................................................. 16
2.1 GRÃO DE AVEIA ................................................................................................ 16
2.1.1 Histórico ........................................................................................................... 16
2.1.2 Produção mundial, nacional e regional............................................................. 17
2.1.3 Estrutura ........................................................................................................... 18
2.1.4 Principais Cultivares ......................................................................................... 19
2.2 COMPOSIÇÃO QUÍMICA ................................................................................... 20
2.3 PROCESSAMENTO DO GRÃO DE AVEIA PARA OBTENÇÃO DE PRODUTOS
.................................................................................................................................. 24
2.4 PROCESSO DE MALTEAÇÃO ........................................................................... 27
2.5 PARÂMETROS QUE INFLUÊNCIAM NO PROCESSO NA HIDRATAÇÃO DOS
ALIMENTOS .............................................................................................................. 30
2.5.1 Aplicação de modelos matemáticos em processo de hidratação dos alimentos32
2.6 ATIVIDADE ENZIMÁTICA ................................................................................... 41
2.7 COMPOSTOS FENÓLICOS E atividades ANTIOXIDANTES DA AVEIA ............ 42
2.8 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................ 45
3 MATERIAL E MÉTÓDOS ...................................................................................... 46
3.1 AMOSTRAS ........................................................................................................ 46
3.2 DIAGRAMA SEQUENCIAL DA REALIZAÇÃO DAS etapas do projeto ............... 47
3.3 CARACTERIZAÇão química DA AVEIA in natura ............................................... 48
3.3.1 Teor de Umidade e Cinzas ............................................................................... 48
3.3.2 Teor de proteínas ............................................................................................. 48
3.3.3 Teor de lipídios totais ....................................................................................... 48
3.3.4 Teor de amido .................................................................................................. 49
3.3.5 Teor de fibra bruta ............................................................................................ 49
3.3.6 Microscopia Eletrônica de Varredura (Mev) ..................................................... 49
3.4 CINÉTICA DE HIDRATAÇÃO da aveia in natura ................................................ 49
3.4.1 Regime de hidratação ...................................................................................... 50
3.4.2 Determinação das dimensões, do volume e densidade ................................... 50
3.4.3 Aplicações de modelos no processo de hidratação ......................................... 50
3.5 OBTENÇÃO DO MALTE DE AVEIA ................................................................... 53
3.5.1 Hidratação ........................................................................................................ 53
3.5.2 Germinação ...................................................................................................... 53
3.5.3 Secagem da aveia germinada .......................................................................... 54
3.5.4 Moagem e Armazenamento ............................................................................. 55
3.6 caracterização do malte de aveia ........................................................................ 55
3.6.1 Espectroscopia Infravermelha com Transformada de Fourier (FTIR) .............. 55
3.6.2 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .................................................... 55
3.6.3 Teor de açúcares redutores ............................................................................. 56
3.6.4 Extração dos compostos fenólicos ................................................................... 56
3.6.5 Análise de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) ........................... 56
3.6.6 Determinação dos compostos fenólicos totais ................................................. 57
3.6.7 Avaliação da atividade antioxidante (AA) ......................................................... 57
3.7 ANÁLISE ESTATÍSTICA ..................................................................................... 59
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................... 60
4.1 CARACTERIZAÇÃO dos cultivares de aveia IN NATURA .................................. 60
4.1.1 Composição Centesimal ................................................................................... 60
4.1.2 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .................................................... 61
4.1.3 Considerações gerais do Item 4.1 .................................................................... 64
4.2 COMPORTAMENTO CINÉTICO DA HIDRATAÇÃO DO GRÃO DE AVEIA ....... 64
4.2.1 Cinética de hidratação dos cultivares de aveia IPR Afrodite e URS CORONA e
Regime de hidratação ............................................................................................... 64
4.2.2 Ajustes de Modelos Matemáticos ..................................................................... 69
4.2.3 Considerações Gerais ...................................................................................... 79
4.3 OBTENÇÃO DOS MALTES DE AVEIA ............................................................... 79
4.3.1 Germinação ...................................................................................................... 80
4.3.2 Secagem dos grãos germinados ...................................................................... 81
4.4 CARACTERIZAÇÃO DO MALTE DE AVEIA ....................................................... 82
4.4.1 Análises de Espectroscopia FTIR .................................................................... 82
4.4.2 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .................................................... 83
4.4.3 Teor de açúcares redutores ............................................................................. 87
4.4.4 Análise de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) ........................... 89
4.4.5 Compostos Fenólicos Totais e Capacidade Antioxidantes ............................... 92
4.4.6 Análise de Componentes Principais (ACP) ...................................................... 95
4.4.7 Considerações Gerais ...................................................................................... 97
5 CONCLUSÃO- ....................................................................................................... 99
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 101
14
1 INTRODUÇÃO
Desde 2011, a Política Nacional de Alimentação e Nutrição (PNAN) divulga e
incentiva a população a obter hábitos mais saudáveis visando melhorar a nutrição
dos indivíduos, a redução da obesidade e principalmente a prevenção de doenças
relacionadas à alimentação não saudável (PNNA, 2011).
A aveia (Avena sativa) é um cereal presente na alimentação humana, pois é
fonte de fibras, compostos bioativos e ácidos graxos essenciais. O consumo desse
cereal está relacionado com redução do índice glicêmico, colesterol e riscos de
doenças cardiovasculares (FAO, 2003; DAOU; ZHANG, 2012).
O cereal aveia é um alimento promissor para a dieta alimentar saudável,
pois possui propriedades funcionais específicas e pode ser encontrada na forma de
farinha e/ou farelo para preparo de mingaus, elaboração de bolos e biscoitos.
Outra maneira de consumir a aveia é na forma de malte. Para obter o malte,
o grão de aveia precisa atingir de 35-40% de umidade no processo de hidratação,
seguir para germinação e por fim, a secagem. De acordo com TIAN et al.,( 2010)
quando o grão está na forma de malte possui um valor nutricional agregado. Isso
ocorre em virtude do aumento dos compostos fenólicos e da redução dos fatores
anti-nutricionais.
Como a hidratação antecede à germinação, na etapa de hidratação o grão
deve atingir, em um determinado tempo, a umidade requerida sem afetar a atividade
biológica no processo de germinação. Sendo assim, é de suma importância
conhecer a dinâmica com que esse processo acontece e estudar novas
temperaturas de processo, diferentes das que são sugeridas para produzir o malte
cevada.
Para avaliar a dinâmica, otimizar o processo e assim elucidar o efeito das
temperaturas de hidratação na qualidade do produto obtido o presente estudo
utilizou modelos empíricos e fenomenológicos para caracterizar o comportamento da
aveia frente ao processo de hidratação. Além disso, o trabalho buscou correlacionar
às características do grão e do malte obtido, para potencializar o uso da aveia
também na forma de malte em produtos alimentícios.
15
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GERAL
Avaliar o processo de obtenção do malte de aveia (Avena sativa L.) para
potencializar seu uso na indústria de alimentos.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Caracterizar as sementes de Aveia in natura quanto às suas propriedades
físico-químicas e morfológicas;
• Estudar o comportamento cinético de hidratação da aveia em batelada, e
avaliar o efeito de diferentes temperaturas;
• Avaliar os modelos cinéticos, empíricos ou fenomenológicos, que melhor
descrevem o comportamento de hidratação do grão de aveia;
• Avaliar o efeito da temperatura de maceração na germinação dos grãos de
aveia através do poder germinativo e potencial germinativo;
• Obter o malte de aveia após a secagem em batelada dos grãos germinados;
• Caracterizar o malte de aveia obtido por diferentes temperaturas de
hidratação quanto à sua composição química, concentração de açúcares
redutores, teor de compostos fenólicos e atividade antioxidante.
16
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 GRÃO DE AVEIA
2.1.1 Histórico
Relatos históricos mostram que a produção da aveia teve origem na Idade
Média. Os cereais cultivados no inverno eram o trigo, o centeio e a cevada, no
entanto, ao chegar à primavera, o cultivo da cevada cedeu espaço para a aveia, a
qual era destinada à alimentação animal e também para o consumo humano
(MAZOYER; ROUDART, 2010).
A aveia (Avena spp.) pertencem à família Poaceae (antiga família das
gramíneas), subfamília Pooideae, tribo Aveneae e gênero Avena. Por sua vez, são
plantas de clima temperado capazes de suportar baixas temperaturas, e por isso são
consideradas culturas de inverno. A aveia pode ser utilizada para alimentação
humana, animal e também é destinada a forragem e cobertura do solo (BRASIL,
2012; EMBRAPA, 2012).
As principais espécies cultivadas são a aveia branca (Avena sativa) e a aveia
amarela (Avena byzantina), ambas apresentam folhas largas e colmos grossos,
enquanto a aveia preta (Avena strigosa) possui folhas estreitas e colmos finos
(BRASIL, 2012).
17
2.1.2 Produção mundial, nacional e regional
No que se refere à produção de aveia, registros revelaram que no ano de
2014 a União Europeia produziu cerca de 8 milhões de toneladas ficando à frente da
Rússia (4,93 MM t) e Canadá (3, 89 MM t). Enquanto isso, nesse mesmo ano, o
Brasil atingiu uma produção de 0,38 (MM t), ficando entre os três maiores produtores
de aveia da América do Sul (EMBRAPA, 2014).
A Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB, 2015) previu um
aumento de 23,8% na área de aveia cultivada no Brasil, sendo esta a responsável
pela segunda maior área plantada entre as culturas de inverno, ficando apenas atrás
do trigo, nesse contexto, verifica-se que o estado do Rio Grande do Sul apresentou
maior área de plantio com uma produção estimada de 248,6 mil toneladas de aveia
no ano de 2014, sendo o estado responsável por 80% de aveia produzida no Brasil,
ficando à frente do Paraná e do estado do Mato Grosso do Sul. Ao estado do Paraná
foi estimado um crescimento de 21,3% de área de aveia plantada com produção de
421 mil toneladas de grãos de aveia em 2014, conforme dados exibidos na Tabela 1
(IBGE, 2013; CONAB, 2015).
TABELA 1 - PRODUÇÃO NACIONAL DE AVEIA BRANCA NA SAFRA DE 2013/2014.
Estado Área Colhida (mil ha) Produção (t)
Mato Grosso do Sul 5,9 10,0 Rio Grande do Sul 61,7 113,0 Paraná 102,5 274,9 Total 170,1 397,9
FONTE: adaptada de CONAB (2014) (v.1, N.7, Abril, 2014). Elaboração: Embrapa Trigo/ Socioeconomia (2014).
No Paraná, as regiões que se destacaram na safra de 2014, pela
produtividade significativa da cultura de aveia foram o noroeste (61.950 mil t) do
estado, seguida pela região sul (10. 150 mil t) e o oeste com 9.750 mil toneladas
(EMBRAPA, 2014).
Enquanto isso, dados mais recentes do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia
e Estatística) mostrou que a aveia atingiu uma produção de 776.338 toneladas no
mês de do ano de 2016, aumento de 2,6% frente ao mês anterior, no Estado do
Paraná (IBGE, 2016).
18
2.1.3 Estrutura
O grão de aveia é uma cariopse definida como fruto-semente onde parte do
fruto está junto à semente, a qual é constituída pelo germe e endosperma,
encobertos pelas camadas aleurona e revestimentos epidérmicos (pilosidade), e
casca.
A cariopse apresenta forma semicilíndrica com leves afinações nas
extremidades. A casca é constituída por celulose e hemicelulose, e em menor
porcentagem de lignina. Durante o processo de desenvolvimento da aveia, a casca
tem a função de revestimento protetor, e ainda, contribui para o transporte de
nutrientes. No entanto, a mesma enrijece após a maturação do grão tornando-se
imprópria para consumo humano, devendo ser removida durante os processamentos
e/ou beneficiamento do grão (GULVADAY; BROWN; BELL, 2014).
As camadas do farelo da aveia consistem em uma parte externa com a
presença do pericarpo e do tegumento, que são remanescentes do tecido do
desenvolvimento embrionário. Essas camadas são formadas por carboidratos
complexos, pelas fibras, e também compostos fenólicos. A segunda região é uma
camada única de células chamada aleurona (HENRY; KETTLEWEL,1996).
A parede celular desta camada contém β-glucanas e compostos fenólicos.
Em seu interior a segunda camada é rica em corpos proteicos contendo depósitos
de fitina, niacina, compostos fenólicos e carboidratos. As proteínas presentes nesta
camada são rodeadas por estruturas lipídicas. A camada aleurona em conjunto com
a camada sub-aleurona contém numerosos corpos proteicos e alguns grânulos de
amido os quais formam a interface entre o farelo e o endosperma amiláceo (HENRY;
KETTLEWEL,1996).
A região que predomina na semente da aveia é o endosperma amiláceo.
Este, por sua vez, representa 55-80% da mesma, e, além da presença do amido,
contém proteínas, lipídios e enzimas lipolíticas e amilases (SERNA-SALDIVAR,
2010).
A estrutura do grão de aveia pode ser observada na Figura 1.
19
FIGURA 1 - GRÃO DE AVEIA E DETALHES DAS SUAS SEÇÕES LONGITUDINAL E TRANSVERSAL
FONTE: DOEHLERT E McMuLLEN (2000).
2.1.4 Principais Cultivares
No Brasil, há informações que o cultivo da Avena sativa é realizado desde
1940, embora até 1970 a área de plantio foi pequena devido às dificuldades de
adaptação das cultivares frente às condições climáticas do país. Antes dos anos 70,
os cultivares de aveia branca eram provenientes do Uruguai e da Argentina, no
entanto, as mesmas também apresentavam problemas para adaptação e
consequentemente resultavam em baixo rendimento de produção, com produtos
com qualidade inferior (PRIMAVESI; GODOY; SOUZA, 2006).
Devido aos problemas enfrentados no plantio da aveia na década de 80 no
Sul do país, a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e a
Universidade de Passo Fundo (UPF) deram início às pesquisas de melhoramento
genético dessa cultura por meio de introdução de linhagens e populações
segregantes provenientes de Wisconsin, nos Estados Unidos (BARBOSA
NETO et al., 2000).
20
Atualmente a aveia é uma das principais culturas do Sul do Brasil, tendo
destaque no Rio Grande do Sul e no Paraná, embora seja cultivada também no
estado do Mato Grosso do Sul. O objetivo de diversificação na exploração agrícola
favorece o aumento na área de cultivo de forma expressiva, em vista da
necessidade de alternativas para rotação de culturas (LÂNGARO; CARVALHO,
2014; EMBRAPA, 2012).
Segundo informes do Ministério de Agricultura, Agropecuária e Abastecimento
(2016) há 20 registros de cultivares da espécie Avena sativa no Brasil, sendo essas:
Fronteira, IPR Afrodite, IPR Artemis, IPR Esmeralda, IPR Suprema, Milton, UPFA
GAUDÉRIA, UPF OURO, UPFPS FARROUPILHA, URS ALTIVA, URS BRAVA, URS
CORONA, URS ESTAMPA. URS F GALOPE, URS GUAPA, URS GUARÁ, URS
Tarimba, URS Taura, URS TORENA e URSFAPA SLAVA.
2.2 COMPOSIÇÃO QUÍMICA
Segundo Ames, Rhymer e Storsley (2014), os grãos de aveia se destacam
pelo seu uso na alimentação humana em virtude do valor nutricional agregado. Esse
cereal possui um teor elevado de proteínas, amido, ácidos graxos insaturados, fibras
alimentares (β- glucanas) e enzimas. Os teores da composição química podem
variar conforme os genótipos e o processamento do grão de aveia.
Proteínas
O menor teor de proteínas encontrado na literatura foi na pesquisa de Fujita e
Figueroa (2003) em que flocos de aveia apresentaram um teor de 13, 29% e para a
aveia tostada de 17,57 % (SÁ; FRANCISCO; SOARES, 1998) como mostra a Tabela
2. Outros autores preconizam que os teores proteicos do grão de aveia podem variar
de 12-24%, sendo esse valor superior quando comparado aos demais cereais: trigo,
centeio, arroz e milho. O grupo de proteínas que se apresentam majoritariamente no
grão são as albuminas (44%) seguidas pelas globulinas (23%), e, em menor
concentração as prolaminas (9%). A semente de aveia contém aminoácidos
essenciais em sua composição química, cuja concentração de lisina relatada em
estudo foi de 4,2 (g/100 g proteína), 2,5 (g/100 g proteína) de metionina e 1,3 (g/100
21
g proteína) do aminoácido triptofano (SERNA; SALDIVAR, 2010; AMES; RHYMER;
STORSLEY, 2014).
Carboidratos
Dentre a composição de carboidratos presentes no grão de aveia, o amido é o
que apresenta maior percentual, como mostra a Tabela 2. Os grânulos de amido
presente na aveia possuem 24% de amilose e apresentam forma irregular, visto que
pode existir na mesma semente grânulos com configuração poliédrica, semiesférica
e oval (POMERANZ, 1995).
Quando se trata das propriedades de pasta desse polissacarídeo, sabe-se
que o poder de inchamento e solubilidade são variáveis, pois esses são
dependentes da temperatura. De maneira geral, os géis do amido de aveia na forma
nativa são mais elásticos, adesivos e translúcidos, além disso, esse gel apresenta
maior estabilidade à retrogradação quando comparado às pastas do amido nativo de
trigo e de milho (POMERANZ, 1995; AMES; RHYMER; STORSLEY, 2014).
Lipídios
O teor lipídico dos grãos de aveia, relatado por Pedó (1960) apresenta uma
média de 7,65 (g.100-1g). Em estudo de Weber, Gutsiki e Elias (2002) foram
determinados os teores dos principais ácidos graxos insaturados presente na aveia
(cultivar UPF-18), contendo teores de 38,21% do ácido graxo oleico, 40,99% do
linoleico e 1,75% do linolênico, sendo os dois últimos óleos essenciais para nutrição
humana.
22
β- Glucanas
As β-glucanas são fibras solúveis constituídas por unidades D-glicose,
estando presente em concentrações significativas no grão de aveia in natura (5%)
(WELCH, 1995), no entanto, quando maltado os valores de β-glucanas reduzem
significativamente, atingindo porcentagem de 1,32%, como mostra a Tabela 2. De
acordo com Henry e Kettlewell (1996), tal valor é menor pois durante o processo de
germinação a concentração das enzimas β-1,3 glucanases aumentam e essas
hidrolisam as β-glucanas, tendo por resultado favorável a redução da viscosidade do
mosto da cerveja.
Em contrapartida, esse polissacarídeo é de interesse para indústria de
alimentos por ser considerado uma fibra alimentar e estar correlacionado com a
redução dos níveis do colesterol do ser humano (AUTIO; SALMENKALLIO-
MARTILLA, 2003).
Fujita e Figueroa, (2003) bem como Autio e Salmenkallio-Martilla (2003)
verificaram que a quantidade de β-glucanas em produtos comerciais pode estar
diretamente correlacionada com o cereal utilizado na formulação, uma vez que,
produtos elaborados com farelo de aveia, biscoitos e pães, apresentaram maior teor
de β-glucanas.
Na Tabela 2 é possível visualizar a composição química do grão de aveia in
natura, tostado, sem casca, em flocos e maltado conforme diferentes autores.
TABELA 2 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA AVEIA
Composição Química (g/100 g)
Aveia com casca – Cultivar UPF-15 (PEDO, 1996)
Aveia tostada
(SÁ; FRANCISCO;
SOARES, 1998)
Aveia sem casca
(SANDRIN, 2013)
Aveia (flocos) (FUJITA,
FIGUEROA, 2003)
Aveia Maltada
(SANDRIN, 2013)
Umidade 10,56 5,63 10,68 10,88 1,22 Proteína 15,08 17,57 15,68 13,29 16,98 Lipídios 7,5 8,67 6,24 5,57 7,68 Cinzas 1,73 1,74 1,94 1,62 1,84
Β- glucanas 4,63 5,11 3,13 nd 1,32 Carboidratos
totais 52,51 54,12 65,45 55,52 64,94
FONTE: À AUTORA (2016).
23
Micronutrientes
As vitaminas e os minerais também estão presentes na composição do grão
de aveia, como mostra o estudo de Pedó (1996) exposto na Tabela 3. Apesar da
ausência da Vitamina C (ácido ascórbico) e a da Vitamina B12 (cobalamina) como
em outros cereais, outras vitaminas do complexo B, incluindo tiamina, riboflavina,
niacina e a vitamina E (tocoferóis e tocotrienóis) podem ser encontradas no grão.
Os principais minerais a serem ingeridos pelo ser humano em quantidades de
100 mg/por dia são o cálcio, magnésio, potássio, fósforo e sódio, sendo estes
também são encontrados na aveia (GULVADAY; BROWN; BELL, 2014).
TABELA 3 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA AVEIA
Grão de Aveia com casca – Cultivar UPF-15
Vitaminas (mg.100-1g) Vitamina E 4,61 Tiamina 0,12 Riboflavina 0,02 Niacina traços
Minerais (mg.100-1g) Cálcio 48 Fósforo 270 Potássio 320 Sódio 23 Magnésio 120
FONTE: PEDÓ (1996).
Qualidade nutricional da Aveia
Gulvaday, Brown e Bell (2014) afirmam que os grãos de aveia apresentam
uma quantidade significativa de nutrientes que apresentam benefícios para saúde
humana. Quando comparados principais cereais como o milho, trigo e arroz, a aveia
apresenta maior quantidade de proteínas, alguns micronutrientes, e, um teor
considerável de fibras solúveis, a β-glucanas.
Diante da qualidade nutricional desse grão, em 1995 FDA (Food and rug
Administration – EUA) preconizou que a aveia é um alimento funcional. Em 1997,
este mesmo órgão autorizou a rotulagem de produtos à base de aveia com as
seguintes informações: "Dietas ricas em aveia ou farelo de aveia e pobres em
gordura saturada e colesterol podem reduzir o risco de doenças coronárias".
Produtos brasileiros com alegações de propriedades funcionais e ou de saúde foram
24
reconhecidos e legalizados perante a legislação brasileira em 1999, conforme
estabelecido nas Resoluções ANVS/MS nº 17/99 e 19/99 (ANVISA, 2012).
2.3 PROCESSAMENTO DO GRÃO DE AVEIA PARA OBTENÇÃO DE PRODUTOS
A Figura 2 exibe as etapas do processamento do grão de aveia para obtenção
de produtos na forma de farinha, farelo e flocos.
FIGURA 2 - ETAPAS DO PROCESSAMENTO DO GRÃO DE AVEIA
FONTE: SANDRIN (2013).
Os grãos de aveia (FIGURA 3-A) ao chegarem à indústria precisam
primeiramente ser limpos e classificados, uma vez que junto à aveia pode haver
impurezas, outros tipos degrãos, oriundos do campo, como soja, trigo e aveia preta.
Na sequência, a casca fibrosa que lhe confere uma textura firme a qual pode
dificultar o processo de flocagem, deve ser removida (FIGURA 3-B)
(YAN; FRÉGEAU-REID; FETCH, 2014).
Após o descascamento os grãos são submetidos ao tratamento térmico, tal etapa
consiste em inativar as enzimas (lipases e lipoxigenases) e reduzir a água livre no
25
grão de 14% para aproximadamente 6%. A inativação de dessas enzimas se dá,
pois elas são responsáveis pelo processo da rancidez oxidativa a qual tem por
resultado o odor de ranço desagradável Nesse processo utliza-se altas
temperaturas, que podem atingir até cerca de 90 ºC, conferindo ao grão aroma
“amendoado” garantindo produtos com maior vida útil (YAN; FRÉGEAU-REID; FET
CH, 2014).
Nas etapas finais, a aveia, segue para a obtenção dos produtos. O
processamento pode ocorrer em três segmentos distintos, a flocagem dos grãos
inteiros, resultando em flocos de maior tamanho (FIGURA 3-C), que podem ser
usados na produção de granola, na fabricação de pães e em barras de cereais.
Quando cortados e depois flocados a partir dos grãos, obtêm-se os flocos médios e
finos (FIGURA 3-D) os quais são destinados à produção de sopas e mingaus. Se
esses mesmos flocos forem submetidos ao processo de moagem obtém-se a farinha
(FIGURA 3-E) que pode ser utilizada em produtos de panificação e alimentos
infantis. O farelo de aveia (FIGURA 3-F) é rico em β-glucanas, e é empregado na
fabricação de pães e biscoitos, e tem como público alvo pessoas que apresentam
altos níveis de colesterol (GANBMANN; VORWERCK, 1995).
26
FIGURA 3 - A) AVEIA BRANCA COM CASCA; B) AVEIA BRANCA DESCASCADA C) AVEIA EM FLOCOS GRANDES; D) AVEIA EM FLOCOS MÉDIOS; E) FARINHA DE AVEIA
BRANCA; F) FARELO DE AVEIA BRANCA. A)
B)
C)
D)
E)
F)
FONTE: SANDRIN (2013).
27
2.4 PROCESSO DE MALTEAÇÃO
A Figura 4 descreve as etapas do processamento da aveia para obtenção do
malte.
FIGURA 4 - FLUXOGRAMA DO PROCESSO DE MALTEAÇÃO DA AVEIA
FONTE: SANDRIN (2013)
Por definição, malte é o produto oriundo da germinação e posterior secagem
do grão de cevada ou de outros cereais, no entanto, quando o malte não for obtido a
partir da cevada deve ser designado como malte e mais o cereal o qual deu origem,
como milho, trigo ou aveia (ANVISA, 1978). Sendo assim, o produto malte para o
cereal usado neste estudo será designado como malte de aveia.
Na literatura o processo de malteação na maioria das vezes está ligado ao
processamento da cevada, cereal amplamente utilizado para tal finalidade,
sobretudo nas indústrias cervejeiras. No entanto, apesar do destaque para a cevada
o malte pode ser obtido por demais fontes de cereais.
28
A malteação pode ser feita com qualquer outro cereal mesmo com a
escassez de relatos literários. A seleção do cereal depende do poder diastásico
(conversão do amido em açúcares redutores) e do valor econômico de cada cereal.
Dentre os cereais utilizados na alimentação humana, destacam-se por apresentarem
maior poder diastásico, nessa ordem, a cevada, centeio, trigo, aveia, milho e arroz
(BRASIL, 1978; SERNA-SALDIVAR, 2010).
O processo de malteação da aveia agrega mais valor ao cereal e sabe-se
que o malte de aveia pode ser utilizado na fabricação de pães, biscoitos, produtos
de confeitaria e cereais matinais (POMERANZ, 1995).
Esse tipo de processamento confere à aveia propriedade sensorial
específica como, sabor doce, aroma “amendoado” e textura firme (SANDRI, 2013).
O extrato do malte de aveia pode melhorar as propriedades reológicas da farinha de
trigo e contribuir para o aumento do volume específico dos pães
(GUTSOKI et al. 2010).
O grão propício para malteação deve apresentar boa absorção de água
durante o processo de maceração (hidratação), alto poder de germinação e alta
atividade das enzimas amilolitícas (EVANS, 2001).
O processo de malteação consiste em três etapas principais: maceração,
germinação e por fim a secagem. No entanto, antes de seguir para a maceração os
grãos devem ser previamentes limpos e submetidos ao processo de seleção para
que tenham tamanhos uniformes (EVANS, 2001).
• Maceração
Nessa etapa os grãos são imersos em água a baixa temperatura, a água é
difundida para interior do endosperma a onde ocorre a síntese de enzimas, as quais
são responsáveis pelo processo de germinação (GIBSON, 2001).
O processo de maceração, também conhecido como hidratação ocorre em
tanques de aço inoxidável e a água utilizada deve estar nos padrões de qualidade
exigidos pela legislação vigente. A operação inicial consiste na imersão dos grãos
em água à temperatura de 18 °C com agitação e temperatura controlada, essa
operação pode durar até dois dias, a água deve ser periodicamente trocada durante
o processo, até o grão deve atingir um teor de umidade de aproximadamente 40%
(HENRY, KETTLEWELL, 1996; GIBSON, 2001).
29
• Germinação
Quando o grão atinge a umidade requerida durante a maceração é destinado
às câmaras de germinação. Esse processo dura de 3 a 5 dias, a uma faixa de
temperatura que varia entre 12ºC e 19ºC, e para evitar o superaquecimento do grão
este deve ser inserido em um ambiente com umidade relativa do ar de 85 a 90%
(GIBSON, 2001).
Durante a germinação as três raizes primárias da radícula começam a crescer
e evoluir para as primeiras folhas e raízes. Entre o embrião e o endosperma
encontra-se o escutelo que é responsável pela secreção de enzimas durante a
germinação e está envolvido na transferência de nutrientes (MOORE-COLYER,
1995).
De acordo com Hoseney (1986) o crescimento de uma nova planta pode ser
controlado pela umidade do grão, pois em baixas umidades o metabolismo não é
ativado. Em altas temperaturas a taxa de crescimento da radícula é alta, em
contrapartida, pode haver redução do desempenho das amilases e como
consequência, obtem-se baixo rendimento do malte. Esse processo biológico pode
ser bloqueado quando o acrospório tem o comprimento de um terço da semente,
como pode ser visto na Figura 5.
FIGURA 5 - AVEIA BRANCA (IPR Afrodite) GERMINADA
FONTE: Á AUTORA (2016)
30
• Secagem
Após o fim do processo de germinação obtém-se o “malte verde” e é
destinado à secagem. Tal processo exige cautela, pois é preciso remover a umidade
do grão sem inativar as enzimas, uma vez que, estas são sensíveis ao calor quando
o teor de águe livre é alto. Dessa forma, para proteger as enzimas, o processo deve
ocorrer a baixas temperaturas.
A secagem do grão procede em até três etapas, primeiramente, o grão é
submetido a uma secagem a temperatura inferior a 40 °C, à medida que o grão é
seco essa temperatura é aumentada não devendo ultrapassar os 60ºC. Além da
remoção da umidade, a secagem tem por finalidade ativar as reações de
escurecimento no grão, como a reação de Maillard, agregando ao malte
características sensoriais agradáveis, como cor e o aroma (KANNENBERG;
FULAYTER, 1997; SANDRIN, 2013).
2.5 PARÂMETROS QUE INFLUÊNCIAM NO PROCESSO NA HIDRATAÇÃO DOS
ALIMENTOS
O processo de hidratação pode ser utilizado na indústria com algumas
finalidades, como por exemplo, cozimento das leguminosas para gelatinização do
amido e geleificação das proteínas; obtenção do malte para fabricação das cervejas
e aplicação em produtos de panificação; processo de parbolização do arroz, além de
facilitar a remoção da pélicula do grão para posterior processamento (DERYCKEA et
al. 2005; KHAZAE; MOHAMMADI, 2009; YILDIRIM; ONER; BAYRAM, 2011;
MONTANUCCI et al., 2014).
Segundo Paquet-Durand et al. (2015) as propriedades cinéticas de absorção
de água pelos alimentos são requisitos chave de muitas substâncias e ingredientes
alimentares, pois a velocidade desse fenômeno pode definir o comportamento físico-
químico e a vida útil dos produtos alimentícios.
A hidratação consiste na transferência de água para o interior do grão,
processo que ocorre pelo fluxo mássico das móleculas de água. Nesse transporte há
sempre uma força motriz que gera o fluxo de massa, também designado como fluxo
de difusão mássica (THOMSON, 2000; YILDIRIM; ONER; BAYRAM, 2011).
31
No decorrer do processo de embebição de água pelo grão, ocorrem
alterações físico-químicas juntamente com a difusão da água, como resultado,
podem ser observadas modificações na composição química e na estrutura física do
grão. Os alimentos, em sua maioria, são porosos, dessa forma os mecanismos de
transporte de matéria são as forças capilares (difusão capilar) e a difusão. Ainda
assim, há os mecanismos que envolvem a difusão de vapor, difusão na superfície,
fluxo hidrodinâmico e a difusão térmica (LISBÔA et al., 2015).
Segundo Coutinho et al. (2010) a força motriz do processo de hidratação a
uma dada temperatura está correlacionada com a diferença entre a concentração de
água em condições de equilíbrio e a concentração em um determinado instante de
tempo, quanto maior essa diferença maior será a taxa de incorporação de água no
grão, e quando o teor de umidade do grão permanecer constante, a força motriz
´tenderá a ser nula.
Paquet-Durand et al. (2015) colocam que o caminho de difusão de água pelo
grão está correlacionado com a sua estrutura, pois no processo de dratação do trigo
a água penetra mais rapidamente na camada exterior do farelo atingindo a
saturação, enquanto o endosperma tem uma absorção mais lenta, embora a
quantidade total de água absorvida seja muito maior.
Quando o alimento apresenta um revestimento mais firme (pericarpo de
maior espessura), a resistência à penetração de água é maior e a taxa de absorção
de água é mais lenta, quando comparado a alimentos que não apresentam essa
estrutura (KAPTSO et al. 2008).
Miano e Augusto (2015) verificaram que o hilo (centro orgânico do grão)
também é uma importante via de absorção, pois apresenta uma alta porosidade.
Logo, a casca não é a única forma de penetração de água no grão.
Outro fator de influência na absorção de água é a composição química dos
alimentos. Pineda-Gómez, Rosales-Riveira e Rodríguez-García (2012) evidenciaram
em sua pesquisa que a absorção de água no processo de difusão pode ser maior
devido às ligações OH da água-amido. Enquanto os autores Sopade, Ajisegiri e
Badau (1992) afirmaram a proteína é o macronutriente que mais contribui para esse
processo, seguida pelas fibras solúveis e o amido.
Aliada à composição esta a temperatura. A respectiva propriedade física
pode contribuir na velocidade da hidratação, pois a temperatura mais alta pode
acelerar processo, diminuindo a resistência à incorporação de água no alimento,
32
promovendo então uma maior taxa de absorção (GEANKOPÓLIS, 1983; KHAZAE;
MOHAMMADI, 2009; MONTANUCI; JORGE; JORGE, 2013; FRACASSO et al.
2014). Em contrapartida, temperaturas elevadas podem causar o rompimento da
casca e a, degradação dos compostos químicos, alterando dessa forma, os
aspectos físicos e químicos do grão (KHAZAE; MOHAMMADI, 2009).
Alimentos que apresentam baixo teor de umidade inicial podem ter uma
maior taxa de absorção de água (MIANO; AUGUSTO, 2015), e, tempos maiores de
imersão do alimento em água podem resultar em produtos com alto teor de umidade
(MASKAN, 2002; OMOTO, et al., 2009).
2.5.1 Aplicação de modelos matemáticos em processo de hidratação dos alimentos
Com a finalidade de conhecer as propriedades cinéticas da hidratação do
grão de aveia dos cultivares IPR Afrodite e URS CORONA, serão utilizados nesse
estudo modelos empíricos e fenomenológicos. O ajuste dos modelos permite a
identificação das constantes que contribuem para interpretação dos fenômenos que
ocorrem no processo de hidratação.
Os modelos empíricos se diferenciam dos modelos fenomenológicos por
serem simples correlações matemáticas, de fácil aplicação, os quais são
fundamentados em dados experimentais, na análise dimensional e na análise
estatística. Enquanto isso, os modelos fenomenológicos são baseados em teorias e
leis, sendo por sua vez, mais complexos, pois envolvem parâmetros que
representam o sentido físico do sistema real, com base nas condições iniciais do
processo, e os parâmetros físicos da matéria-prima avaliada (LISBÔA, et al. 2015).
2.5.1.1 Modelos empíricos
Neste Item serão abordados apenas os modelos que serão empregados no
desenvolvimento deste trabalho: os modelos de Peleg e modelo de Weibull.
De acordo com Prasad et al. (2015) o modelo de Peleg (1988) apresenta
ajuste satisfatório aos dados experimentais, podendo ser utilizado para estudar a
absorção e dessorção de água dos alimentos em função do tempo de processo. O
presente modelo permite estimar o ganho de umidade após determinados períodos
de tempo. Para isso, a respectiva expressão relaciona os dados experimentais aos
33
parâmetros cinéticos: K1 é a constante de velocidade de transferência de massa (h-1
%) e K2 é designada como a constante máxima de absorção de umidade.
O modelo cinético de 1° ordem apresenta uma constante (C (min-1)), sendo
esta a constante de absorção de água pelo grão durante o processo de hidratação
(GHAFOOR et al., 2014). Autores utilizaram tal modelo para predizer a velocidade
em grãos de soja (GOWEN et al., 2007), grão de bico (PRASAD et al., 2010) e grãos
de feijão (GHAFOOR et al.,2014)
Outro modelo empiríco empregado nesse tipo de processo é o modelo de
distribuição de Weibull, desenvolvido por W. Weibull em 1939 (WEIBULL, 1939).
Esse modelo é capaz de descrever o comportamento de sistemas ou eventos que
podem ter algum grau de variabilidade, tais como absorção de água e perdas de
sólidos solúveis durante a hidratação dos grãos e sementes (PRASAD et al., 2010;
GHAFOOR et al., 2014). A equação desenvolvida por Weibull (1939) apresenta duas
constantes: β - parâmetro de escala define a velocidade do processo de absorção de
umidade; α - parâmetro de forma; índice de comportamento (absorção), e quando α=
1, a distribuição de Weibull reduz ao modelo exponencial (KHAZAEI; MOHAMMADI,
2009).
Na Tabela 4-A e 4-B encontram-se estudos referentes ao processo de
hidatação de grãos e leguiminosas, os quais utilizaram ajustes matemáticos por
modelos empíricos. Esses relatos da literatura mostram que tais modelos
apresentaram ajustes satisfatórios aos dados experimentais, pois os resultados
estatísticos expostos nos estudos evidenciam altos valores para R² e erros
percentuais notadamente inferiores a 10%.
34
1SEE= Erro Padrão Estimado ²Χ²=Qui- quadrado reduzido; ³P (%) : Erro relativo,
TABELA 4 A - ESTUDOS CINÉTICOS DE HIDRATAÇÃO EM ALIMENTOS COM AJUSTES MATEMÁTICOS POR MODELOS EMPIRICOS
Referência Modelo Alimento Tempo de Hidratação
(h)
Temperatura (°C)
Parâmetros do modelo R² Análise estatística do
modelo
Turhan, Sayar e
Gunasekaran (2002)
Peleg Grão de Bico 12 20, 30, 40, 50,
60, 70, 80, 90 e
100
𝐾120 ℃ 𝑥103 = 17,1 (h -1 %) e
𝐾220℃ 𝑥103 = 7,36 (%-1)
0,996 P(%)= 2,2
Gowen et al (2007) Primeira
Ordem
Soja 24 35 e 50 𝐶𝑥10−3=8,1152 (min-1) - P(%)= 3,26
Kaptso et al (2008) Peleg Feijão miúdo 8 25, 35 45 𝐾125 ℃=15,4 (min g H2O-1g DM)
𝐾225 ℃ = 0,79 (g H2O-1g
DM)
0,99 1SEE (%)= 0,05
Khazaei e Mohamadi
(2009)
Weibull Gergelim 5,5 27, 40,50 e 60 𝛼27℃ = 0,642 e
𝛽 27 ℃ = 46,95 (min)
0,993 RMSE (%)= 4,77
Khazaei e Mohamadi
(2009)
Peleg Gergelim 5,5 27, 40,50 e 60 𝐾1 27 ℃ = 0,3385 (min.%-1)
𝐾2 27℃ = 0,0174(%-1)
0,997 RMSE (%)= 1,67
Jideani e
Mpotokeana (2009)
Peleg Feijão 24 25, 50, 75 e
100
𝐾1 25℃ = 0,127 (h -1 %) e
𝐾2 25 ℃ = 0,0049 (%-1)
0,994 ³P (%)= 0,3445
Botelho et al (2010) Peleg Arroz Parboilizado 10 35, 45, 55, 75 𝐾1 35℃=0,203 𝐾235℃=0,0198 (100h kgms.kg-1a)
0,9813 3SE=2,32
Kashiri et al (2010) Peleg Sorgo 10 20, 30, 40, 50 𝐾1 20 ℃=6,56 (h -1 %)
𝐾220 ℃=2,26 (%-1)
-
35
TABELA 4 B- ESTUDOS CINÉTICOS DE HIDRATAÇÃO EM ALIMENTOS COM AJUSTES MATEMÁTICOS POR MODELOS EMPÍRICOS
Referência Modelo Alimento Tempo de hidratação
Temperatura (°C)
Parâmetros do Modelo R² Análise estatística do modelo
Prasad et al
(2010)
Peleg Grão de Bico 2 40, 50 e 60 𝐾1 40℃ = 0,3988 (h -1 %)
𝐾2 40℃ = 0,755 (%-1)
0,995 RMSE (%)= 2,18 e
2Χ²=0,00064
Prasad et al
(2010) Weibull Grão de Bico 2 40, 50 e 60
𝛼40℃ = 0,9312
𝛽 40 ℃ = 0,5060(h) 0,991
RMSE (%)= 2,76
Χ²= 0,0009
Perez et al
(2011)
Peleg Arroz 1,25 25, 35, 45 e 55 𝐾1 25 ℃= 0,184 (min-1%)
𝐾2 25 ℃=0,028 (%-1)
- RMSE (%)= 1,44
Quicazán et al.
(2012)
Peleg Soja 10 20,40 e 80 𝐾120 ℃ = 0,012
(100 h.kg.kg-1)
𝐾220 ℃= 0,0067
(100 kg.kg-1)
0,997
-
Montanucci, Jorge e Jorge
(2013)
Peleg Cevada 32 10,15,20,25,30,35
𝐾1 10 ℃ = 6,03 (h -1 %)
𝐾2 10℃=1,88 (%-1)
0,975 -
Botelho et al
(2013)
Peleg Milho 12 40, 50, 60 e 70 𝐾1 40 ℃=0,098 (100 h.kg.kg-
1) e
𝐾240 ℃= 0,017 (100 kg.kg-1)
0,996 3SE=1,19
Fracasso et al
(2014)
Peleg Soja 7,5 25, 35, 45, 55
e 65
𝐾1 25 ℃ = 102,5(h -1 %) e
𝐾2 25 ℃ = 0,658 (%-1)
0,998 -
Shafei, Masoumi
e Roshan (2014)
Peleg Grão de Bico 1 5, 25 e 45 𝐾1 5 ℃ = 0,00034 (h -1 %)
𝐾2 5 ℃= 0,000774 (%-1)
0,975 P(%)=3,04
Patero e Augusto
(2015)
Peleg Sorgo 5,54 25 e 53 °C 𝐾1 25 ℃ = 1,73 ± 0,06
(min.%-1)
𝐾2 25℃ = 0.0285 ± 0.0003
(%-1)
- -
36
2.5.1.2 Modelos fenomenológicos
A vantagem do uso dos modelos fenomenológicos para hidratação está
associada aos parâmetros obtidos por essas equações. Por sua vez, os
modelos fenomenológicos consideram as etapas elementares de transferência
de massa (OMOTO et al., 2009). O processo de difusão é uma propriedade de
transporte de massa necessária para o projeto e otimização de todos os
processos que envolvem ganho ou perda de massa de produtos (KHAZAEI;
MOHAMMADI, 2009).
Os modelos fenomenológicos podem estimar o comportamento do
processo de transferência de massa admitindo-se duas condições, a primeira,
quando a concentração de água no grão inicial é uniforme e conhecida, isso
quando se tem um processo de transferência de água igual em toda superfície
do grão, de forma concentrada. Quando o processo ocorre de forma
distribuída, a concentração de água varia na superfície do grão no qual, as
umidades se distribuíram da superfície ao interior do endosperma do grão,
como pode ser esquematizado pela Figura 6.
37
FIGURA 6 - REPRESENTAÇÃO DO PROCESSO DE HIDRATAÇÃO NA FORMA CONCENTRADA (A) E DISTRIBUÍDA PARA O GRÃO DE AVEIA (B)
‘
FONTE: À AUTORA (2016).
O modelo de parâmetros concentrados desenvolvimento por Omoto e
seus colaboradores (2009) foi definido frente um balanço de massa e foi
aplicado ao processo de hidratação de grãos de ervilhas. Neste caso, foram
determinados dois parâmetros de importância, a constante de transferência de
massa por convecção (Ks.) e a constante de concentração de equilíbrio (𝜌𝐴𝑒𝑞).
O respectivo modelo admite que no início da hidratação a concentração de
água é uniforme e constante.
Andrew (2005) afirma que a segunda lei de Fick da difusão descreve
uma condição em estado não estacionário, quando a concentração varia com o
(a) (b)
H2O H2O
,
38
tempo, mas as partículas não são criadas e nem destruídas. O modelo de
difusão fornece o parâmetro de suma importância para a transferência de
massa, o coeficiente de difusão. Tal parâmetro é o fator de proporcionalidade
que representa a quantidade de substância que se difunde por uma área em
virtude do gradiente de concentração (KHAZAEI; MOHAMMADI, 2009).
O referido modelo da difusão é comumente aplicado tanto em processo
de hidratação quanto em processos de secagem, e dentre outros processos
que envolvem transferência de massa. Como o próprio nome diz, é um modelo
que envolve a difusão baseada na Lei de Fick. Tal lei estabelece uma relação
entre as taxas de variação temporal e espacial da concentração de água,
através do coeficiente de difusão (LISBÔA, et al. 2015)
Outro modelo que considera o processo de transferência de massa de
forma distribuída é o modelo de Nicolin e colaboradores (2012), cuja equação
matemática foi obtida para prever o comportamento cinético de absorção de
água pelos alimentos a partir do modelo de Omoto et al. (2009). Para
modelagem de a hidratação das ervilhas, os autores propuseram um balanço
de massa levando em consideração o fluxo convectivo e o coeficiente de
transferência de massa constante. A diferença entre os modelos de Omoto e
Nicolin (OMOTO et al. 2009; NICOLIN et al. 2012) está na consideração
realizada por Nicolin, no qual a equação apresentada representa variação do
volume do grão durante o tempo de processo.
Dada a importância desses estudos, na Tabela 5 A e 5 B encontram-se
os trabalhos recentes que utilizaram os modelos fenomenológicos para
predizer o comportamento dos seus processos de hidratação de alimentos.
39
TABELA 5 A- ESTUDOS DE CINÉTICA DE HIDRATAÇÃO EM ALIMENTOS COM AJUSTES MATEMÁTICOS POR MODELOS FENOMENOLÓGICOS
FONTE: À AUTORA (2016).
Referência Modelo Alimento Tempo de hidratação
(h)
Temperatura (°C)
Parâmetros do Modelo Condições do modelo Solução do Modelo
Resende e Côrrea (2007)
2° Lei de Fick
Feijão 48 20, 30, 40 e 50
𝐷𝑒 20 °𝐶 =1,41×10−9𝑚. 𝑠−1
Volume constante Grão com geometria esferóide
Solução Analítica
Omoto et al., (2009)
Parâmetros Concentrados
Ervilha 3 20,30, 40 e
50
𝜌𝐴𝑒𝑞60 ℃ = 0,526 (𝑔. 𝑐𝑚−3)
𝐾𝑠 60℃x10³= 4,270 (cm.min-1)
Geometria esférica; Balanço de massa em regime transiente; Volume constante durante o processo de hidratação.
Solução numérica, utilizando rotina ode45 e os ajustes dos parâmetros foram obtidos pela rotina fmisearch (Software MATLAB)
Bakalis et al., (2009)
2° Lei de Fick
Arroz 24 70 𝐷𝑒 20 °𝐶 =7,5 ×10−10 (𝑚. 𝑠−1) Geometria de elipse; Umidade inicial de 0,08 Kg de água/ Kg de sólido;
Elementos Finitos (Software Comsol)
Khazaei e. Mohammadi (2009)
2° Lei de Fick
Gergelim 5,5 27, 40,50 e
60
𝐷𝑒 27 °𝐶 ×10−11 = 4,16(𝑚2. 𝑠−1) Geometria esférica;
Teor de umidade inicial e de saturação dependentes da área das sementes;
Regressão não linear (Software Sigmaplot)
Coutinho et al., (2010)
HSU Soja 12 10, 20, 30 e 40.
𝐾′140 ℃ = 5,040×10 (𝑘𝑔. 𝑘𝑔−1)
𝐷𝑒 20 °𝐶 ×1011
= 10,820 (𝑚2. 𝑠−1) 𝛽 40 ℃×10
4 = 5.594 (𝑠−1)
Geometria esférica; Volumente constante Coeficiente de difusividade variando com teor de umidade
Solução Numérica (Software Matlab)
Yildirim; Oner; Bayram (2011)
2° Lei de Fick
Grão de Bico
8 20, 30, 40, 50, 60, 70, 87, 92 e 97
𝐷𝑒 20 °𝐶 ×1010 = 1,4 (𝑚2. 𝑠−1)
Geometria esférica; Volume constante; Coeficiente de difusividade variando com teor de umidade de grãos.
Regressão não linear (Software Sigmaplot 10)
40
TABELA 5 B- ESTUDOS DE CINÉTICA DE HIDRATAÇÃO EM ALIMENTOS COM AJUSTES MATEMÁTICOS POR MODELOS FENOMENOLÓGICOS
Referência Modelo Alimento Tempo de
hidrata-ção (h)
Temperatura (°C)
Parâmetros do Modelo Condiçõe s do modelo Solução do Modelo
Montanucci et al., (2014)
2° Lei de Fick e Lei de Fourier
Cevada 32 10,15,20 e 25 ℎ𝑚25℃ = 3,5×10−5 (𝑚. 𝑠−1)
ℎ25℃ = 47,8 (𝑊.𝑚−2℃)
𝐷𝑒 25°𝐶 = 1,8×10−11(m2. 𝑠−1 )
Geometria esférica; Campo de velocidade nula dos grãos de cevada; Geração térmica e massa nulos; Propriedades termofísicas homogéneos ao longo do grão, mas variável com o tempo.; Teor de umidade inicial e temperatura homogênea nos grãos.
Elementos Finitos (Softaware Comsol)
Pramiu et al., (2015)
2° Lei de Fick
Grão de Bico
24 10, 25 e 40 e 0,10Mpa, 0,15Mpa, 0,20Mpa, 0,25 Mpa e 0,30 Mpa
𝐷𝑒 10°𝐶0,10𝑀𝑃𝑎= 7,38 ×10−11 (m². 𝑠−1) Geometria esférica; Volume constante; Coeficiente de difusividade variando com teor de umidade de grãos
Regressão não linear (Software Statistic 10)
*𝜌𝐴𝑒𝑞20 ℃= concentração de água no grão no equilíbrio (g/ cm3); Φ²: Desvio quadrático médio
41
2.6 ATIVIDADE ENZIMÁTICA
O grão de aveia apresenta em sua estrutura enzimas, sendo as
principais: as lipases, lipoxigenases, proteases, maltase, α-amilases e as β-
amilases (POMERANZ, 1995).
Para a produção dos produtos de aveia, como farelo, farinha e flocos, as
enzimas são responsáveis por hidrolisar os ácidos graxos contribuindo para o
processo de oxidação lipídica, por esta razão, são inativadas durante o
tratamento hidrotérmico (YAN; FRÉGEAU-REID; FETCH, 2014).
Durante o processo de germinação, o amido presente no endosperma é
convertido em glicose solúvel e maltose através da hidrólise das enzimas α e
β – amilases. A atividade dessas enzimas é necessária para a liberação de
açúcares ao processo fermentativo, o qual ajuda durante a obtenção dos
produtos de panificação. No entanto, níveis altos de amilases podem resultar
na formação do pão com coloração mais escura resultado da caramelização
dos açúcares redutores, e obtenção do miolo de aspecto adesivo, causando
dificuldade para a fatiabilidade do produto; e uma baixa atividade enzimática
tem por consequência pão com textura firme (EVANS, 2001; MÓDONES;
SILVA; TRIGUEROS, 2009).
Diante disso, a literatura mostra que a atividade enzimática pode ser
avaliada por métodos quantitativos através dos teores de açúcares redutores
produzidos pelas enzimas e por meio de método qualitativo, amplamente
empregado em avaliação das farinhas na fabricação dos produtos de
panificação, conhecido como Número de Queda.
A forma quantitativa de avaliação enzimática das amilases consiste na
determinação de açúcares pelo método de Somogyi-Nelson. Esse método é
baseado nas propriedades redutoras dos açúcares, pela reação da hidroxila
hemi acetálica dos monossacarídeos. A diferença dessa metodologia em
relação a outros métodos de determinação de açúcares redutores é a
sensibilidade do método, cuja faixa de determinação situa-se entre 25 e
500 mg/L. Sendo assim, quanto maior for a concentração dos açúcares
redutores, maior será a atividade enzimática (MALDONADE et al., 2013).
42
2.7 COMPOSTOS FENÓLICOS E ATIVIDADES ANTIOXIDANTES DA AVEIA
Os compostos antioxidantes são capazes de atuar nas células
protegendo as moléculas biologicamente importantes, tais como DNA,
proteínas, e lipídios dos danos oxidativos, podendo contribuir para os efeitos
protetores contra doenças cardiovasculares. Nos produtos alimentícios atuam
como conservantes, pois devido suas propriedades antioxidantes são capazes
de proteger outros compostos fitoquímicos da oxidação e retardar os processos
oxidativos em alimentos ricos em óleos ou gorduras (PETERSON, 2001;
PETERSON, EMMONS; HIBBS, 2001; PIMENTEL et al., 2005).
A ação desses compostos consiste em alterar a produção dos radicais;
atuar como quelantes de metais e eliminar os precursores dos radicais livres
(PIMENTEL et al., 2005; WANG; HE; CHEN, 2014).
Na forma integral os grãos apresentam maiores teores dos compostos
bioativos, os polifenóis (principalmente ferúlico e ácido fenólico) são os
principais contribuintes pelo potencial antioxidante dos grãos de cereais in vitro
e in vivo. Dentre os cereais com maior teor desses microcomponentes destaca-
se a aveia (Avena sativa L.), embora seja consumida em menor quantidade
quando comparada aos demais cereais, como o trigo (Triticum aestivum L., T.
Durum L.) e arroz (Oryza sativa L) (PETERSON, 2001; MASISI; BETA;
MOGHADASIAN, 2016).
Na aveia pode ser encontrada teores variados de ácido cafeico (FIGURA
7), p-hidroxibenzaldeído ácido p-cumárico (FIGURA 8), ácido vanílico, ácido
ferúlico (FIGURA 9), avenatramidas (TONG et al., 2014; CHEN et al., 2015),
tocoferóis e tocotrienóis (TIWARI; CUMINS, 2009), dispersos em maior
concentração na parte externa do grão (pericarpo e na camada de aleurona)
(PETERSON, 2001), e também pode ser encontrado o ácido fítico, os
flavonoides e os esteróis (KLAJN et al., 2006).
Os compostos bioativos de maior representação no grão estudado são
as avenatramidas e a vitamina E. Peterson, Emmons e Hibbs (2001)
verificaram a presença de 82,5 mg.kg-1 de avenatramidas dispostas
uniformemente no grão de aveia. Enquanto Peterson e Qreshi (1993) avaliaram
doze genótipos de aveia e constataram uma variação de 19 a 30,3 mg.Kg-1 no
teor de Vitamina E.
43
FIGURA 7 – ESTRUTURA QUÍMICA DO ÁCIDO CAFÉICO.
FIGURA 8 – ESTRUTURA QUÍMICA DO ÁCIDO Ρ- CUMÁRICO.
FIGURA 9 – ESTRUTURA QUÍMICA DO ÁCIDO FERÚLICO
FONTE: SHAIDI E NACZK (2003).
Na Tabela 6 estão expostos alguns estudos realizados na quantificação
de compostos fenólicos o respectivo potencial antioxidante do grão de aveia e
do malte de aveia.
44
TABELA 6 – VALORES DE COMPOSTOS FENÓLICOS E ATIVIDADE ANTIOXIDANTE DO GRÃO DE AVEIA E SUAS FRAÇÕES
Cereal Extração Teor de Compostos fenólicos Atividade Antioxidante Referência
Grão de Aveia (G4, China)
Água 1746 (mg EAG.100 g-1 de amostra) 17,1 EC 50 mg/ ml de extrato
Método: DPPH
Nelson et al. (2016)
Grão de Aveia (Variedade Andrew-EUA)
- 0,82 (g de EAG.kg-1 de amostra) 15,56 (mmol de Trolox equivalente/ kg de amostra)
Método: ABTS
Alfieri e Readelli (2015)
Grão de Aveia (OS-7) - 1844 (µg EAG.g-1 de amostra) 11,9 % de descoloração
Método: DPPH
Sandhu et al. (2015)
Grão de Aveia (cultivar Yanke 1)
- - 7,47 (µg/ Ml) EC 50
Método: Abts
Tong et al. (2014)
Grão de Aveia (Genótipo Vrbas)
Etanol 25,22 (mg AG.g-1 de extrato de etanol) 0,39 EC 50 mg/ml de extrato Rakic et al. (2014)
Malte de Aveia Etanol acidulado Ph=2 (Banho Ultrassom)
281,36(mg de EAG.100 g-1 de amostra) 96,12% SRL Sandrin (2013)
Onde, EAG é equivalente de ácido gálico; AG é Ácido gálico; EC50: Concentração de extrato necessária para inibir 50% da atividade dos radicais livres DPPH; SRL: Sequestro de radicais livres.
45
2.8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Diante o exposto na revisão bibliográfica, destaca-se que a aveia é um
cereal de inverno que tem sua maior produção no sul do Brasil. O aumento do
consumo desse grão pode ser atribuído a sua composição rica em fibras alimentares
e compostos bioativos com potencial antioxidante.
Além da sua produção para consumo na forma de farelo e farinha, o malte
de aveia é uma alternativa para ser utilizado em alimentos como aditivo, agregando
valor nutricional ao produto.
Para isso, torna-se necessário conhecer o processo de malteação da aveia e
as variáveis que influenciam o processo. As etapas que necessitam ser executadas
para obtenção do malte são: hidratação, germinação e secagem.
Estudos na área de hidratação vêm avançando para determinar o
comportamento cinético dos cereais, e como a hidratação é a etapa importante que
antecede a germinação, torna-se necessário entender esse fenômeno.
Além do comportamento cinético, os modelos descritos são empregados a
fim de explicar o perfil de absorção de água pelo grão e fornecer parâmetros que
podem contribuir na otimização desse processo, visando reduzir custos no processo.
Como a hidratação, a germinação agrega valor nutricional ao produto, e
junto à secagem são etapas importantes para obtenção de um malte de qualidade.
Sendo assim, como diferencial o presente trabalho utiliza diferentes temperaturas no
processo de hidratação na aveia para produção do malte e estuda as características
do malte obtido, buscando um incentivo na aplicação do produto malte de aveia em
alimentos.
46
3 MATERIAL E MÉTÓDOS
As análises desse trabalho foram realizadas no Laboratório de Engenharia
de Processos de Sistemas Particulados (LEPSP), Central Analítica e no Laboratório
de Química Analítica Aplicada (LQAA) do Programa de Pós-Graduação em
Engenharia de Alimentos do Setor de Tecnologia da Universidade Federal do
Paraná (UFPR), Curitiba – PR, em parceria com o Centro de Microscopia Eletrônica
da UFPR. Enquanto as análises de compostos fenólicos e atividade antioxidante
foram executadas na Embrapa Florestas, Colombo – PR. As análises de
espectroscopia de FTIR e CLAE (Cromatografia Líquida de Alta Eficiência) foram
realizadas no Departamento de Pós-Graduação da Química na UFPR.
3.1 AMOSTRAS
Para o presente estudo foram utilizados dois cultivares de Aveia Branca, a
URS CORONA e a URS Afrodite ambas doadas pela empresa SL Alimentos,
localizada na região de Mauá da Serra no Estado do Paraná. A seleção das
cultivares foi de interesse da empresa em conhecer o comportamento destes frente
ao processo malteação com uso de diferentes temperaturas. As cultivares
provenientes da safra de 2014 foram devidamente armazenadas em recipientes
plásticos lacrados sob temperatura ambiente.
47
3.2 DIAGRAMA SEQUENCIAL DA REALIZAÇÃO DAS ETAPAS DO PROJETO
A Figura 10 apresenta a sequência das análises que foram realizadas no
trabalho de forma resumida.
FIGURA 10 – DIAGRAMA COM AS ANÁLISES REALIZADAS NO TRABALHO
FONTE: À AUTORA (2016)
•Umidade;
•Proteína;
•Lípidio;
•Fibras bruta;
•Amido;
•Cinzas;
•Extração doamido paraanálise de MEV;
•MEV (Microscopiaeletrônica deVarredura);
1-Caracterização
da Aveia in natura
• Isotermas de hidratação;
•Regime de hidratação;
•Ajustes Matemáticos: Modelo de Peleg; Weibull e Difusão
2- Cinética de hidratação:
Aveia in natura
•Hidratação
•Germinação: Potencial de Germinação e Poder germinativo
•Secagem
3- Obtenção do Malte
•Espectrocopia de FTIR;
•Microscopia eletrônica de Varredura;
•CLAE (Cromatografia de Alta Eficiência);
•Açúcares Redutores;
•Compostos Fenólicos Totais;
•Atividade Antioxidante;
4- Caracterização: Malte de aveia e da
Aveia in natura
48
3.3 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DA AVEIA in natura
Com a finalidade de caracterizar os macronutrientes presente nos dois
cultivares em estudo, as amostras in natura foram trituradas em moinho de facas
(MARCONI/ MA 630/1).
3.3.1 Teor de Umidade e Cinzas
Conforme a metodologia descrita por Adolfo Lutz (2008) procederam-se as
análises para determinação de umidade e cinzas dos cultivares em estudo. Para
identificar o teor de umidade, pesaram-se 5 g de amostra, em seguida, foram
inseridas em estufa a 105 ± 2 °C por 24 h. Os valores foram expressos em base
úmida (𝑈𝑏.𝑢), como mostra a Equação 1:
Na sequência, o resíduo foi utilizado para a determinação do teor de cinzas,
o qual foi realizado em mufla a 600 oC por aproximadamente 6 horas ou até
obtenção de uma cinza clara, sinal da ausência completa de matéria orgânica. Os
teores de umidade e cinzas foram determinados por gravimetria.
3.3.2 Teor de proteínas
Para análise do teor de proteínas totais das amostras de aveia, utilizou-se o
método de Kjeldahl com fator de conversão 6,25 (BRASIL, 2008).
3.3.3 Teor de lipídios totais
A extração dos lipídios presentes nos cultivares de aveia branca foi realizada
de acordo com o método de extração por Soxhlet (BRASIL, 2008). A quantificação
dos lipídios totais foi realizada por gravimetria.
%𝑈𝑏.𝑢 =𝑈𝑏.𝑢 − 𝑈𝑏.𝑠𝑈𝑏.𝑢
(1)
49
3.3.4 Teor de amido
A determinação do teor de amido das amostras de aveia foi realizada por
hidrólise ácida e leitura do polarímetro (Polax WXG-4), segundo o método descrito
pela AOAC (1995).
3.3.5 Teor de fibra bruta
A análise de fibras foi realizada conforme o procedimento descrito nas
metodologias do Instituto Adolfo Lutz (2008).
3.3.6 Microscopia Eletrônica de Varredura (Mev)
A avaliação da estrutura do grão de Aveia in natura e do amido de aveia foi
realizada por meio das observações no Microscópio Eletrônico de Varredura
(Tescan/Veja 3 LMV/USA) com ampliações de 25 x, 94x, 350x e 9.00 kx e
aceleração de voltagem de 5.00 kV. As amostras de aveia foram metalizadas (Bal-
Tec/SCD.050/Liechtenstein) com ouro.
O amido foi obtido por intermédio da extração sólido-líquido utilizando água
como solvente na proporção 1:4. A suspensão água e amido após ser
homogeneizada foi deixada em repouso por 2 h e seguida por um processo de
filtração, centrifugação (3000 rpm/ 10 min) e secagem (40 °C/ 24 h) (LÓPEZ et al.,
2015).
3.4 CINÉTICA DE HIDRATAÇÃO DA AVEIA IN NATURA
Os grãos de aveia (300 g) foram submetidos ao processo de hidratação,
utilizando a metodologia de Montanuci, Jorge e Jorge (2015) aplicada em grãos de
cevada. Inseriram-se em fôrmas de alumínio os grãos de aveia e água destilada na
proporção 1:3 (m/v) e em seguida, as formas foram dispostas em banho
termostático, à pressão atmosférica. Os ensaios, em triplicata, foram realizados em
quatro temperaturas distintas: 10, 20, 25 e 35 °C.
50
O tempo de ensaio foi de 8 h e as amostras foram retiradas a cada 30 min
até completar 3 h e na sequência, a cada 1 h até completar 8 h de processo de
hidratação.
Para determinação de umidade presente nos grãos durante o período de
hidratação utilizou-se a mesma metodologia do Instituto Adolfo Lutz (2008) descrita
no Item 3.3.1
3.4.1 Regime de hidratação
Para verificar o principal mecanismo de absorção de água nos grãos de
aveia avaliou-se o regime de hidratação. A visualização desse regime foi permitida
pelo uso do corante azul de metileno (0,01 g.100 mL-1) na água de hidratação a
35 C, conforme o procedimento descrito por Miano, García e Augusti (2015).
Amostras foram removidas da água de 10 em 10 minutos na primeira 1 h e a cada
30 min até completar 10 h. Estas foram secas superficialmente com papel toalha e
cortadas transversalmente. Em seguida, selecionaram-se algumas imagens dos
grãos de aveia obtidas pela câmara fotográfica 16 MP.
3.4.2 Determinação das dimensões, do volume e densidade
A densidade foi determinada mediante razão da massa de 50 grãos pelo
volume (Equação 2) de água deslocado, em provetas graduadas de 10 mL.
𝜌 =𝑚
𝑉 (2)
O comprimento maior (a), menor (b) e a altura (c) foram mensurados em
paquímetro (Digital Caliper, Western).
3.4.3 Aplicações de modelos no processo de hidratação
No presente trabalho foi realizado aplicação de modelos matemáticos
empíricos e fenomenológicos, para obtenção dos parâmetros cinéticos de hidratação
da aveia.
51
3.4.3.1 Modelos empíricos
Para estimar o comportamento cinético, empregaram-se os modelos
empíricos de Peleg (1988) e modelo de distribuição de Weibull (WEIBULL, 1939)
presentes na Tabela 7.
TABELA 7 - MODELOS MATEMÁTICOS EMPÍRICOS
MODELOS EMPÍRICOS EQUAÇÃO PARÂMETROS
Peleg 𝑼(𝒕) = 𝑼𝟎 + (𝒕/(𝑲𝟏 +𝑲𝟐𝒕)) (3) 𝑲𝟏: constante de velocidade de transferência de massa (h-1 %); 𝑲𝟐 é a constante máxima de absorção de umidade (%-1).
Modelo de Distribuição de Weibull
𝑼(𝒕) = (𝒆(−𝒕
𝜷)𝜶) (𝑼𝟎 − 𝑼𝒔) + 𝑼𝒔 (4)
β: parâmetro de escala; define a velocidade do processo de absorção de umidade; α: parâmetro de forma índice de comportamento (absorção).
FONTE: À AUTORA (2016).
3.4.3.2 Modelos Fenomenológicos
• Parâmetros Concentrados
Como segundo modelo, aplicou-se o de parâmetros concentrados utilizado
por Coutinho et al. (2007) e Omoto et al. (2009) o qual desconsidera a expansão
volumétrica do grão durante o processo de hidratação.
Sabendo que essa equação representa a variação da massa de água no grão
(ρAV) com o tempo (t). Sendo A a área externa do grão; V, o volume do grão; e NA o
fluxo mássico de água (g.m–2.h–1).
𝑑(𝑚𝐴)
𝑑𝑡= 𝑁𝐴𝐴 (5)
Considerando a variação da massa de água no grão (mA) como o produto de
sua concentração (ρA) pelo volume do grão (V), e o fluxo mássico como o produto do
coeficiente de transferência de massa, Ks (cm.min-1) e a área (A) pela diferença
entre a concentração média de água no grão (ρA) e a concentração de água no grão
no equilíbrio (ρeq), tem-se a Equação 6.
52
d(ρA.V)
dt= Ks (ρeq
- ρA) .A (6)
Como condição do modelo considerou-se a aveia como formato esférico do
com raio r e volume constante, onde no instante t=0, ρA= ρA0, obtendo a Equação 7.
Esta quando linearizada é representada pela Equação 8 utilizada para obtenção da
constante Ks.
d(ρA)
dt=
3Ks
r(ρ
eq - ρ
A) (7)
ln(ρ
eq - ρ
A
ρeq - ρ
A0
)= 3Ks
rt (8)
3.4.3.3 Influência da temperatura nos parâmetros dos modelos
A constante Ks pode ser influenciada positivamente pela temperatura do
sistema ao longo do processo, como observado no trabalho de Coutinho et al.
(2007) e Omoto et al. (2009). A partir desta análise, Ks pode ser correlacionado à
Arrhenius (EQUAÇÃO 9). Os parâmetros B e Ea serão ajustados por regressão
linear.
𝐾𝑠 = 𝐵. 𝑒𝑥𝑝(−𝐸𝑎𝑅𝑇) (9)
A generalização correspondente às Equações 3, 4 e 8 será mediante a
correlação de Ks em função da temperatura. O modelo generalizado deverá ser
capaz de estimar a concentração de água no grão para diferentes condições de
temperatura de hidratação.
• Parâmetros distribuídos
Como modelos fenomenológicos utilizou-se a segunda Lei de Fick, modelo
descrito por Crank (1975) considerando o grão com geometria esférica e a variação
do volume constante durante o processo, a concentração é então uma função do
raio r (m) e do tempo t (min) somente.
53
Modelo de difusão é dado por:
∂U
∂t = Def (
∂2U
∂𝑟2+
2
r
∂U
∂𝑟) (10)
Onde: U é a umidade (% b.u.); t o tempo (min) e a é r coordenada radial (m).
A solução analítica para a Equação 10 pode ser representada pela Equação
11 de acordo com as seguintes considerações:
• A geometria teórica é uma esfera;
• Variação do volume e as dimensões do grão durante o processo são
desprezíveis;
• Equilíbrio de umidade conhecida na superfície do grão;
• Coeficiente de difusão (Def) independente da concentração
Ut - Ueq
U0 - Ueq=
6
π2∑
1
𝑛²exp(-
Def n2π2t
r2)
∞
n=1
(11)
3.5 OBTENÇÃO DO MALTE DE AVEIA
3.5.1 Hidratação
Para obtenção do malte, foi realizada uma segunda hidratação realizada em
banho-maria. Esses grãos foram imersos em água durante 8 h nas temperaturas de
10, 15 e 20, 25 e 35 °C. A escolha de mais de uma temperatura para a produção do
malte foi para ter mais uma variável temperatura cuja hipótese, poderia influenciar
na qualidade do mesmo.
3.5.2 Germinação
A germinação é estabelecida por secagem com ar úmido durante cinco dias, a
fim de aumentar a atividade enzimática e aumentar o teor de açúcares redutores
presente no grão germinado. Para realizar o a germinação das sementes de aveia,
54
desenvolveu-se uma câmara de germinação contendo temperatura e umidade do ar
controlado na faixa de 17 °C e 85% de umidade relativa do ar (PALMER, 1989).
3.5.2.1 Potencial de germinação
Potencial de germinação deve ser da ordem de 65 a 85 % (PALMER, 1989).
Essa metodologia preconiza que o potencial germinativo está associado ao tamanho
da radícula formada.
Para essa avaliação, 100 grãos foram expostos sobre papel manteiga em
placas de Petri e colocados na camâra de germinação com temperatura de 17 °C e
umidade relativa de 85%. Após 72 h de germinação, o tamanho das radículas
formadas foi medido com auxílio de um paquímetro. Quando o tamanho dessas
radículas foram igual ou superior a 3 cm, os grãos foram contabilizados e expressos
em porcentagem, de acordo com a Equação (12).
𝑃𝐺% = (𝑛° 𝑑𝑒 𝑎𝑣𝑒𝑖𝑎𝑠 𝑔𝑒𝑟𝑚. 𝑟𝑎𝑑í𝑐𝑢𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑞𝑢𝑒 3 𝑐𝑚
𝑛° 𝑑𝑒 𝑎𝑣𝑒𝑖𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑖𝑠)×100 (12)
3.5.2.2 Poder germinativo
Com as mesmas amostras preparadas no Item 4.8.2 foi avaliado o potencial
germinativo das sementes, a 20°C por 5 dias,. A análise foi realizada pela contagem
das sementes germinadas. As sementes que atingiram valores inferiores de
germinação a 95% não estavam aptas à maltagem e foram descartadas. O teste foi
realizado em triplicata e o poder germinativo (PW) expresso pela Equação 13
(PALMER, 1989).
𝑃𝑊% = (𝑛° 𝑑𝑒 𝑎𝑣𝑒𝑖𝑎𝑠 𝑔𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠
𝑛° 𝑑𝑒 𝑎𝑣𝑒𝑖𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑖𝑠)×100.......................... .(13)
3.5.3 Secagem da aveia germinada
A secagem da aveia após germinação foi realizad conforme a metodologia
adaptada por Sandrin (2013). Os grãos germinados foram subtimentos à esse
55
secagem para obtenção do malte verde em estufa com circulação de ar à
temperatura de 60 °C por 48 h. Na sequência foi determinado o teor de umidade
final dos maltes obtidos conforme o item 3.3.1.
3.5.4 Moagem e Armazenamento
As amostras foram trituradas em moinho de facas (Marconi Ma630/1). Na
sequência, inseriram-se as amostras em recipientes de vidro devidamente fechados
e colocados sob congelamento a -10 °C para as posteriores análises de
caracterização.
3.6 CARACTERIZAÇÃO DO MALTE DE AVEIA
As análises de caracterização do malte de aveia dos dois cultivares (IPR
Afrodite e URS CORONA) foram realizadas em triplicata e para comparação utilizou-
se um malte comercial de cevada e a aveia in natura.
3.6.1 Espectroscopia Infravermelha com Transformada de Fourier (FTIR)
A análise qualitativa para averiguar presença de grupos químicos presente no
grão de aveia foi realizada no espectrofotômetro FTIR (Bruker; Vertex 80) equipado
com o acessório Drift no qual os espectros foram coletados na região de 4000-700
cm-1.
Ambos os espectros foram plotados no software Statistic 10 (STATSOFT,
Michigan, USA).
3.6.2 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
Com as amostras moídas (malte de aveia, malte de cevada e aveia in natura)
obtiveram-se imagens por meio das observações no Microscópio Eletrônico de
arredura (Tescan/Veja 3 LMV/USA) em ampliações de 2 Kx e 9.00 kx, com
aceleração de voltagem de 5.00 kV.
56
3.6.3 Teor de açúcares redutores
O teor de açucares redutores seguiu a metodologia de Farias et al. (2009) a
qual utilizou a sacarificação do malte de milho com o objetivo de estudar o potencial
hidrolítico das enzimas presentes no malte. Como parâmetro de comparação
realizou-se o mesmo procedimento para o grão de aveia in natura.
A determinação dos açúcares redutores totais foi realizado conforme a
metodologia descrita por Maldonade et al. (2013), mediante quantificação pelo
método de Somogy-Nelson utilizando a glicose como solução padrão e os resultados
serão expressos em mg/L.
3.6.4 Extração dos compostos fenólicos
A extração dos compostos fenólicos presente nas amostras foi realizada de
acordo o procedimento realizado por Karmowski et al. (2015) com algumas
modificações.
Pesaram-se 1 g de amostra triturada, e as mesmas foram homogeneizadas
com etanol (80%) colocadas em banho ultrassônico a 30 °C, com frequência de 40
KHz.
Os extratos foram armazenados em recipientes de vidro contra luz
devidamente fechados e mantidos sob congelamento a -4 °C para as demais
análises.
3.6.5 Análise de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE)
As determinações cromatográficas foram realizadas em um cromatógrafo em
fase líquida de alta eficiência (Agilent 1260), equipado com detector DAD (Diode
Array Detector) e de fluorescência, injetor automático, coluna C18 (Microsorb 4,6
x250 mm, com tamanho de partícula de 5 µm) e software OpenLab EZChrom Elite
para aquisição e tratamento de dados. As fases móveis foram previamente
degaseificadas em um Ultrassom Ultracleaner 1400 (Unique). O método
cromatográfico foi adaptado de Irakli et al. (2012). A fase móvel consistiu de
(A) metanol e (B) água ultrapura/ ácido acético (99:1 v/v). Um modo de eluição
gradiente foi empregado: composição inicial de 10% de A foi aumentada linearmente
57
em 12 minutos para 20%, passando para 35% de A em 40 minutos. 65% de A é
atingido em 46 minutos e mantido por 2 min. A condição inicial foi reestabelecida em
5 minutos e mantida por 3 minutos. A vazão e a temperatura foram mantidas
constantes em 0,8 mL/min e 30 ºC, respectivamente. O volume de injeção foi 15 uL.
os comprimentos de onda monitorados no DAD foram 260, 270 e 320 nm.
Os padrões utilizados neste estudo foram: ácido gálico, ácido clorogênico,
ácido caféico, p-cumárico, ácido ferúlico, ácido vanilíco e ácido siríngico. Para o
preparo das soluções dos padrões utilizou-se metanol e as curvas de calibração
foram obtidas a partir de injeções em triplicata de cinco concentrações.
Com isso, os compostos fenólicos presente nos extratos foram identificados
comparando seus tempos de retenção com os de padrões puros.
3.6.6 Determinação dos compostos fenólicos totais
Os compostos fenólicos livres presentes nos maltes e na aveia foram
determinados pelo método de Folin-Ciocalteu, conforme a metodologia descrita por
Irakli et al. 2012 com algumas modificações. Alíquotas de 200 µL de extrato de
amostra foram inseridos em tubos de vidro juntamente com 1,5 mL de Folin
Ciocalteu diluído (1:10), após 3 min adicionou-se 1,5 mL de carbonato de sódio
(7,5%) e os tubos permaneceram em abrigo de luz por 90 min. Por fim, após a
reação, as amostras foram submetidas a leitura no espectrofotômetro UV/ VIS
(Shimadzu- 1800) a 725 nm. Os teores de compostos fenólicos foram obtidos por
meio da curva padrão ácido gálico e os resultados expressos em mg equivalentes de
ácido gálico.L-1 de extrato.
3.6.7 Avaliação da atividade antioxidante (AA)
As análises de atividade antioxidante foram realizadas por três métodos,
DPPH, ABTS e FRAP.
• DPPH
O método baseia-se na transferência de elétrons onde, por ação de um
antioxidante (AH), o DPPH que possui cor púrpura é reduzido formando o difenil-
58
picril-hidrazina, de coloração amarela, com consequente desaparecimento da
absorção, podendo a mesma ser monitorada pelo decréscimo da absorbância.
A capacidade antioxidante pelo método DPPH foi obtida através da
metodologia de Sandhu et al. (2015). Os extratos (100 µL) foram inseridos em tubos
de vidro de coloração escura, devidamente protegidos contra luz, na sequência
foram adicionados 3,9 mL de 6 x 10 -5 mol/ L de solução de DPPH. Após 30 min de
reação a absorbância foi obtida em no espectrofotômetro UV/ VIS (Shimadzu- 1800)
a 515 nm. Os resultados obtidos foram expressos em µmol de Trolox equivalente/ g
de amostra.
• ABTS
O mecanismo que conduz o método de ABTS●+ para determinar a atividade
antioxidante consiste na captura do radical 2,2´-azinobis (3-etilbenzotiazolina-6-ácido
sulfônico) (ABTS●+), que pode ser gerado através de reação química, eletroquímica
ou enzimática (KLAJN et al., 2012).
A avaliação da capacidade antioxidante por ABTS foi realizada seguindo as
metodologias descritas no trabalho de Re et al. (1999), Yim et al. (2013) e Ozgen et
al. (2006). As soluções de ABTS (7 mM) e de persulfato de potássio (140 mM) foram
preparadas utilizando 10 mL de acetato de sódio (20 mM; pH 4,5). Em seguida, 10
mL de ABTS foram homogeneizados com 176 L de persulfato de potássio e a
absorbância da solução de ABTS foi ajustada para 0,700 ± 0,050, no qual a
proporção de ABTS: solução tampão foi de 1:10.
Por fim, 3 mL de ABTS foi inserido em 30 μL de extrato e permaneceu sob
abrigo de luz por 2 h, na sequência, a leitura foi realizada no espectrofotômetro UV/
VIS (Shimadzu- 1800) em 734 nm.
• FRAP
Segundo Klajn et al. (2012) o método FRAP (Ferric Reducing Antioxidant
Power) – poder antioxidante de redução do ferro é baseado na redução do ferro e
não na captura de radicais livres, diferente do método DPPH e ABTS.
59
Para avaliar a atividade antioxidante por FRAP seguiu-se a metodologia de
Kilc e Gocmen (2014) com adaptações. O reagente FRAP foi obtido a partir da
combinação de 120 mL de tampão acetato 0,3 M, 12 mL de uma solução de TPTZ
(2,4,6-Tripyridyl-s-Triazine) 10 mM e 12 mL de uma solução aquosa de cloreto
férrico 20 mM, sendo utilizado logo após o preparo. Em seguida, realizou a mistura
na proporção (10: 1: 1) da solução tampão, do TPTZ e do cloreto férrico, nessa
ordem. Inseriram-se 0,1 dos extratos juntamente com 3 mL do reativo Frap em tubos
de ensaios vidro escuro e após 30 min realizaram-se as leituras no
espectrofotômetro UV/ VIS (Shimadzu- 1800) a 593 nm. O resultado final foi
expresso em µmol de Trolox equivalente/ g de amostra.
3.7 ANÁLISE ESTATÍSTICA
As análises de composição centesimal foram realizadas em triplicata e os
resultados obtidos foram submetidos à análise de variância (ANOVA) e as médias
foram comparadas utilizando o teste de Tukey (p<0,05), utilizando o programa
público ASSISTAT 7.6 beta (ASSISTAT, 2014).
Os gráficos e os ajustes dos modelos matemáticos foram realizados no
programa Statistic 10 (STATSOFT, Michigan, USA).
Os parâmetros utilizados como critério de seleção para os ajustes
matemáticos foram: o coeficiente de determinação ajustado (R2), a raiz quadrada
media do erro (RMSE) e o erro relativo (P %) os quais podem ser obtidos pelas
seguintes equações:
P(%) =100
N∑|Y − Ŷ|
Y
N
i=1
(14)
RMSE =∑[(Y − Ŷ)2
GLR]
0,5N
i=1
(15)
Onde, N é o número de dados observados; 𝑌 o valor experimental; Ŷ o valor
obtido pelo modelo e GLR o grau de liberdade do modelo, determinado através da
diferença entre o número de dados observados e o número de parâmetros do
modelo.
60
Para avaliar a correlação entre as análises de Teor de Açúcares Redutores
(AR), Compostos Fenólicos, Atividade Antioxidante (DPPH, ABTS e FRAP) aplicou a
análise de componentes principais (PCA) utilizando o software Matlab versão 7.0.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS CULTIVARES DE AVEIA IN NATURA
4.1.1 Composição Centesimal
A Tabela 8 apresenta os resultados obtidos para a composição centesimal do
grão de aveia IPR Afrodite e URS CORONA e outros resultados adquiridos por
outros autores para comparação. Com relação aos macronutrientes, verificam-se
valores próximos aos encontrados na literatura. Convém destacar os teores
consideráveis de amido, fibras brutas e proteína.
TABELA 8- COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS CULTIVARES DA AVEIA BRANCA
Composição Química (g/100 g)
Presente Trabalho Literatura
IPR Afrodite URS CORONA HITAYEZU et al. (2015)
Grão de Aveia (Farinha Integral)
SANDHU et al. (2015)
Aveia (OS-346)
Umidade 12,4b ± 0,0660 11,7Cb ± 0,00100 9,0 8,2 Cinzas 1,78f ± 0,0750 1,61Ee ± 0,213 1,8 3,9
Proteínas 10,2d ± 0,244 9,96Dd ±0,311 13,0 13,6 Lipídios 5,26e ± 0,0510 4,60Ff ± 0,066 6,9 5,3 Amido 42,08a ± 0,4150 40,8A ± 0,502 nd nd
Fibra bruta 11,69c ± 0,5230 14,60B ± 0,380 12,7 13,3
Médias seguidas de letras diferentes na mesma linha diferem estatisticamente entre si (p<0,05) pelo teste de Tukey. *nd- Não determinado FONTE: À AUTORA (2016).
Diante os resultados obtidos, notou-se que o grão de aveia do cultivar
Afrodite apresentou maior teor de amido (42,08 % ± 0,4150) e de lipídios
(5,26 %± 0,0510). No entanto, o cultivar CORONA destacou-se no teor de fibra
bruta (14,60 % ± 0,380), valor notadamente superior ao encontrado na literatura por
Hitayezu et al. (2015) para farinha de aveia integral e por Sandhu et al. (2015) para
aveia cultivar OS-346. Tong e seus colabores (2014) verificaram em 21 cultivares de
aveia que dentre as fibras brutas a média de β- glucanas presente no grão é de
61
5.26%, um alto teor, resultado que justifica a classificação da aveia como fonte de
fibras alimentares.
Por meio dos resultados obtidos foi possível constatar que o componente
que representa mais de 40% da composição do grão de aveia é o amido. Esta
macromolécula apresenta grupos hidrofílicos, sendo assim, em processo de
hidratação a absorção de água pelo grão de aveia tende a ser maior para grãos que
apresentam maior teor de amido.
Ao avaliar o teor proteico, constatou-se que o valor encontrado é inferior aos
dos outros trabalhos, mas ainda, encontra-se dentro da variação esperada, pois
diferentes cultivares tendem a apresentar variação em sua composição, uma vez
que, as condições ambientais, como clima, composição do solo (nitrogênio; carbono;
oxigênio) pode variar de região para região.
Outros componentes, como as cinzas em menor concentração, representa
os micronutrientes presentes na aveia, como por exemplo, os minerais. Esse teor de
1,78% pode reduzir durante o processo de maceração, pois os minerais solúveis em
água podem ser transferidos para água de maceração.
4.1.2 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
A Figura 10-I e a Figura 11-I mostra a forma OVAL do grão de aveia para
ambos cultivares estudados. A estrutura é constituída por um pericarpo rígido,
porém no interior do endosperma como mostra a Figura 10- II e Figura 11- II, há
presença de fissuras, as quais são responsáveis pela permeabilidade de água para
o interior do cereal.
Ao aproximar a imagem do corte transversal, o qual permitiu avaliar o interior
do endosperma amiláceo (FIGURA 10-III E FIGURA 11- III) notou-se diferença entre
essa região III entre os cultivares estudados, no qual a aveia IPR Afrodite
aparentemente parecer ser mais porosa do que o cultivar CORONA.
Analisando os grânulos de amido dos cultivares de aveia (FIGURA 10- IV e
FIGURA 11- IV) foi possível visualizar na imagem que há proteínas ligadas aos
grânulos de amido. Conforme as imagens constatou-se que o amido da aveia
apresenta estrutura irregular, pois é composto por grânulos de configuração
poliédrica, semiesférica e oval, resultado semelhante ao observado por Shah et al.
(2017).
62
FIGURA 11 - IMAGENS DA ESTRUTURA DA AVEIA IPR AFRODITE
FONTE: À AUTORA (2016).
I)
II) III) IV)
63
FIGURA 12 - IMAGENS DA ESTRUTURA DA AVEIA URS CORONA
FONTE: À AUTORA (2016).
4.1.2 Dimensões, Densidade e Volume dos grãos de aveia
Na Tabela 9 estão presente os resultados dos aspectos físicos dos cultivares
de aveia.
TABELA 9 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS CULTIVARES IPR AFRODITE E URS CORONA.
Cultivares Dimensões (cm) Volume (cm³) Densidade (g/cm³) Raio (cm) Comprimento (cm)
IPR Afrodite 0,128a ± 0,0016 0,978a ± 0,002 0.00042a ± 0,000017 0,0151a ± 0,0003 URS
CORONA 0,137a ± 0,0018 1,07a ± 0,003 0.00056b ± 0,000023 0,0186b ± 0,0002
Médias seguidas pela mesma letra na mesma coluna não diferem estatisticamente entre si ao nível de 5% de probabilidade. FONTE: À AUTORA (2016).
I)
II) III) IV)
64
Com mostra a Tabela 9 os cultivares estudados apresentam resultados
semelhantes, no entanto o URS CORONA apresenta maior volume e densidade com
diferença significativa.
Contudo, a importância de conhecer tais características está associada ao
comportamento que cada grão apresentou no processo de hidratação. O valor do
raio e da densidade foram utilizados nos modelos de Difusão e Parâmetros
concentrados, os quais são apresentados em posteriores resultados.
4.1.3 Considerações gerais do Item 4.1
Alguns pontos importantes sobre a caracterização dos cultivares de aveia
estudada vale ser ressaltados:
• Os cultivares de aveia IPR Afrodite e URS CORONA apresentam mais de
40% de amido em sua composição, além de serem ricos em fibras brutas;
• Os cultivares de aveia apresentam-se na forma oval, com endosperma
amiláceo poroso e grânulos de amidos com forma poliédrica, semiesférica e
oval.
4.2 COMPORTAMENTO CINÉTICO DA HIDRATAÇÃO DO GRÃO DE AVEIA
O comportamento cinético da aveia, ainda é um estudo pouco explorado na
literatura, por esse motivo o presente trabalhou buscou estudar tal comportamento
em função das variáveis: tempo e temeperatura.
4.2.1 Cinética de hidratação dos cultivares de aveia IPR Afrodite e URS CORONA e
Regime de hidratação
A cinética foi conduzida por um período de 10 h utilizando quatro
temperaturas distintas 10, 20, 25 e 35 °C. As temperaturas escolhidas foram de
acordo com estudo realizado com cevada (MONTANUCI; JORGE: JORGE, 2013). O
respectivo estudo avaliou o efeito de baixas e altas temperaturas sobre a
capacidade de absorção de água pelo grão.
65
Pelo exposto nas Figuras 13 e 14 constatou-se que o comportamento
cinético de hidratação para os cultivares URS CORONA e IPR Afrodite podem ser
divido em duas Fases de hidratação.
A primeira fase, sendo a fase rápida de ganho de umidade pode ser
caracterizada pelas forças capilares, que segundo Becker (1960) esse fenômeno
pode ocorrer em processos de alimentos porosos, como a aveia, arroz, trigo,
cevada. Esse comportamento foi avaliado em virtude da característica da curva. Na
Figura 13 e 14 foi possível observar que os cultivares tiveram um aumento de mais
de 10 % da umidade inicial, após meia hora de processo.
Enquanto isso, a segunda fase inicia-se pelo fenômeno da difusão. Nessa
etapa a água se liga ao amiláceo presente no endosperma, resultando em uma
maior concentração da mesma no centro do grão (PINEDA-GÓMEZ; ROSALES-
RIVEIRA; RODRÍGUEZ-GARCÍA, 2014). Na respectiva fase, o grão inicia-se a
saturação de água no seu interior e o ganho de umidade é mais lento, pois a
capacidade de absorção do grão vai entrando no limite, pois a diferença de
concentração vai se tornando constante.
66
FIGURA 13 - CURVAS CINÉTICAS DE HIDRATAÇÃO EM DIFERENTES TEMPERATURAS (CULTIVAR IPR AFRODITE)
67
FIGURA 14 - CURVAS CINÉTICAS DE HIDRATAÇÃO EM DIFERENTES TEMPERATURAS (CULTIVAR URS CORONA)
A Tabela 10 evidencia a diferença significativa entre o início de uma fase e o
começo da outra. Segundo os dados, a Fase I termina após três horas de hidratação
para ambos cultivares de aveia. O fim de uma Fase e início de outra foi observado
pelos dados estatísticos realizado com as médias da umidade de cada Fase.
TABELA 10 - QUANTIDADE DE ÁGUA ABSORVIDA NAS DIFERENTES TEMPERATURAS E
FASES OBSERVADAS DURANTE A HIDRATAÇÃO DOS CULTIVARES DE AVEIA
Cultivares Temperatura (° C) Fase I (%b.u.) Fase II (%b.u.)
IPR Afrodite 10 25,97a ± 4,93 34,39b ± 0,9895
IPR Afrodite
20 27,17b ± 4,52 34,12a ± 1,248
25 28,86b ± 5,01 36,96a ± 1,000
35 29,91b ± 5,31 38,81a ± 1,894
URS CORONA
10 24,35a ± 3,68 30,62b ± 1,41
URS CORONA
20 25,68b ± 4,05 32,56a ± 1,11
25 26,89b ± 4,40 34,35a ± 1,44
35 28,32b ± 4,81 36,57a ± 1,34
Médias seguidas pela mesma letra não diferem estatisticamente entre si ao nível de 5% de probabilidade.
68
Com os resultados obtidos foi possível observar que a Fase I é a fase de
maior absorção de água, tendo menor desvio padrão, enquanto que a Fase II para
ambos cultivares e temperaturas o desvio vai diminuindo, sendo esse período de
absorção constante.
O teor de umidade absorvida na primeira fase em relação à umidade inicial
para temperatura de 10 °C foi de 15% e para maior temperatura do processo foi de
18, 57% de umidade para o cultivar CORONA.
Em contrapartida, o cultivar Afrodite apresenta-se maior absorção de água,
pois sua umidade de equilíbrio é notadamente superior, e tal comportamento pode
ser justificado pelo fato desse cultivar apresentar maior teor de amido e
aparentemente é mais poroso, como visto na análise de Microscopia Eletrônica de
Varredura.
Como o processo de hidratação ocorre em duas Fases o regime de
hidratação foi avaliado por meio da hidratação com corante. A Figura 15 expõe o
mecanismo de absorção de água pelo grão aveia, a qual mostra que no primeiro
estágio de hidratação a absorção ocorreu pelo pericarpo, sendo essa parte do grão
uma região porosa.
FIGURA 15 - REGIME DE HIDRATAÇÃO- HIDRATAÇÃO COM CORANTE (35 °C) cultivar URS
CORONA
Grão in natura
30 min 2 h 4 h 6 h 8 h 10 h
A Figura 15 mostrou que a água inicia-se sua hidratação pela casca do grão
e vai penetrando lentamente para o interior do grão até atingir a o interior da aveia, a
qual teve um rápido ganho de umidade, caracterizado pela Fase I.
O interior do grão de aveia é constituído por proteínas ligadas a grânulos de
amido. Sendo assim, ao atingir o endosperma as moléculas de água se ligam as
hidroxilas do grânulo de amido e as proteínas hidrofílicas até atingir a saturação.
Esse fenômeno de absorção pode diferir de um grão para outro, sendo cereal
ou leguminosa cada um possui sua particularidade de penetração de água. Cabe
69
ressaltar que esse fenômeno pode ser caracterizado por uma distribuição de água
pelo interior do cereal de aveia o qual tem entrada de água pelo pericarpo. Em
analogia a esse fenômeno ao do trabalho realizado por Miano e Augusto (2015),
constatou-se que a entrada de água pelo feijão é pelo hilo.
4.2.2 Ajustes de Modelos Matemáticos
• Modelos Empíricos
As Figuras 16 a 19 exibem os ajustes matemáticos frente aos modelos
empíricos utilizados neste estudo. Como pode-se observar no comportamento
cinético de hidratação dos grãos de aveia, a umidade após 8 h de processo mantém-
se constante, pois o ganho é muito pequeno. Sendo assim, para estudar o processo
de maceração da aveia a umidade atingida no tempo de 8 h de hidratação é
suficiente para seguir para etapa de germinação.
FIGURA 16 - MODELO CINÉTICO DE PELEG AJUSTADO PARA DIFERENTES
TEMPERATURAS (CULTIVAR IPR AFRODITE)
FIGURA 17 - MODELO CINÉTICO DE PELEG AJUSTADO PARA DIFERENTES
TEMPERATURAS (CULTIVAR URS CORONA)
70
FIGURA 18 - MODELO CINÉTICO DE WEIBULL AJUSTADO EM DIFERENTES
TEMPERATURAS (CULTIVAR IPR AFRODITE)
FIGURA 19 - MODELO CINÉTICO DE WEIBULL AJUSTADO EM DIFERENTES TEMPERATURAS DO (CULTIVAR URS
CORONA)
Com relação aos comportamentos cinéticos, verificou-se que em ambos
cultivares o nível de umidade atingida aumentou com o acréscimo da temperatura do
processo, como mostra as Figura 16 - 19. Esse comportamento também foi
encontrado por Montanucci et al. (2014), verificando a influência do aumento da
temperatura na absorção de água durante o processo de hidratação do grão cevada.
De acordo com a modelagem, adquiriram-se os parâmetros cinéticos do
processo de hidratação para cada temperatura (TABELA 11). Observa-se que
ambos os modelos empíricos tiveram ajustes satisfatórios para os cultivares de aveia
Afrodite e CORONA, no qual obte-ve coeficiente de determinação superiores a 95%,
valores de P menores 4 % e valores de RMSE inferiores a 3 %. De acordo com
Khazaei, Mohammadi (2009) e Shafei, Mosoumi e Roshan (2014) os ajustes
matemáticos são representativos quando os valores de P (%) são menores que 10%
e RMSE inferior a 5 %.
71
TABELA 11- PARÂMETROS CINÉTICOS DOS AJUSTES PELOS MODELOS EMPÍRICOS
MODELO DE PELEG
Cultivar Temperatura (°C)
Constantes 𝑼𝒔 R² P(%) RMSE (%)
𝑲𝟏 (h-1%) Erro 𝑲𝟐 (%
-1) Erro
IPR Afrodite
10 0,0248 0,0018 0,0405 7,17E-04 34,85 0,9910 1,501 2,038 20 0,0112 0,0018 0,0392 9,09E-04 34,62 0,9639 2,038 3,409 25 0,0097 0,0023 0,0451 0,0012 36,82 0,9764 2,751 4,767 35 0,0096 0,0022 0,0376 0,0011 39,00 0,9573 3,409 3,957
URS CORONA
10 0,0192 0,0038 0,0518 0,0019 31,58 0,9567 2,307 3,172 20 0,0138 0,0032 0,0477 0,0016 33,48 0,9519 2,532 4,195 25 0,0134 0,0026 0,0438 0,0012 35,12 0,9639 3,038 3,647 35 0,0116 0,0025 0,0403 0,0012 36,98 0,9599 3,516 3,999
MODELO DE WEIBULL
Cultivar Temperatura (°C)
Constantes 𝑼𝒔 R² P(%) RMSE (%)
α Erro Β Erro
IPR Afrodite
10 0,1361 0,0112 3,004 0,1847 35,93 0,9841 2,234 2,734
20 0,0760 0,0064 2,274 0,1648 34,62 0,9927 0,9079 1,561
25 0,0839 0,0058 1,022 0,1026 36,82 0,9938 0,8944 1,237
35 0,0826 0,0069 0,6804 0,1032 39,00 0,9910 1,432 1,826
URS CORONA
10 0,1130 0,0069 7,822 0,5157 31,58 0,9933 0,8876 1,305 20 0,0954 0,0082 4,324 0,2881 33,48 0,9896 1,853 2,052 25 0,9510 0,0050 2,574 0,1091 35,12 0,9953 1,156 1,266 35 0,09011 0,0052 1,367 0,0947 36,98 0,9954 1,139 1,474
Onde, 𝑈𝑠: umidade de saturação; 𝐾1: constante de velocidade de transferência de massa (h-1 %); 𝐾2: constante máxima de absorção de umidade; β: parâmetro de escala; define a velocidade do processo de absorção de umidade; α: parâmetro de forma índice de comportamento (absorção); R²: coeficiente de determinação ajustado; RMSE: raiz quadrada media do erro; P%: erro relativo.
72
A constante de velocidade de transferência de massa (𝑲𝟏) (TABELA
11) reduziu à medida que houve o aumento da temperatura do processo
aumentou. Esse resultado corroborou ao processo de hidratação de outros
cereais, como o do arroz parboilizado (BOTELHO et al., 2010) em 10 h de
hidratação, para o milho (BOTELHO et al., 2013) em 12 h de imersão em água
e para o grão de cevada em 32 h de maceração (MONTANUCI; JORGE;
JORGE, 2013).
Os valores de 𝑲𝟏 encontrados para ambos cultivares deste estudo
foram inferiores ao da cevada (cultivar BRS CAUE) (𝐾1= 6,03 h %-1) a
temperatura de 10 °C (MONTANUCI; JORGE; JORGE, 2013), menor ao
encontrado para hidratação do arroz (𝐾1= 11,04 h %-1) (PEREZ et al., 2011)
hidratado a 25 °C, e para o arroz parboilizado (𝐾1= 20,3 h %-1)
(BOTELHO et al., 2010) imerso em água por 10 h a 25 °C. A diferença do
comportamento cinéticos desses cereais pode ser correlacionada com a
estrutura dos grãos e também o a composição química do mesmo. Os cereais,
cevada e arroz, apresentam uma estrutura e teores de micronutrientes
diferentes da aveia. O grão cevada possui uma geometria visualmente menor
ao da aveia, enquanto o arroz constitui-se de um pericarpo menos rígido ao da
aveia, tornando a absorção de água desses cereais mais rápida quando
comparado ao grão aveia.
A constante máxima de absorção de água (𝐾2) (TABELA 11) também
apresentou decréscimo com o aumento da temperatura, para o Cultivar
CORONA semelhante ao que ocorre no processo de hidratação com o trigo
(MASKAN, 2002). A capacidade de absorção pode reduzir com o aumento da
temperatura de hidratação em virtude as mudanças na estrutura dos
constituintes presentes no grão, como as proteínas e o amido, pois quanto
maior o valor de 𝑲𝟐 maior é a capacidade de absorção no equilíbrio, como
mostra a Figura 16 e 17. No entanto, esse comportamento não foi observado
para o cultivar Afrodite.
Ao analisar a composição centesimal dos cereais, foi possível verificar
que cereais como cevada por apresentar teor amiláceo médio de 58,24 %
(cevada BRS CAUE) (MONTANUCI; JORGE; JORGE, 2013) e o arroz (77%)
(SERNA-SADIVAR, 2010) apresentaram maior capacidade de absorção de
água. Sendo assim, esses teores de amido podem ser correlacionados ao
73
comportamento cinético de absorção de água pelos grãos. Em estudo de
Botelho et al., (2010) para o arroz, e cevada, cereal estudado por Montanucci,
Jorge, Jorge (2013) apresentaram teores de amido superiores ao deste estudo
e os valores para constante 𝐾2 do modelo de Peleg foi superior ao encontrado
nesse estudo.
A constante α (parâmetro de forma índice de comportamento de
absorção) para o cultivar IPR Afrodite manteve-se constante com o aumento da
temperatura, enquanto para CORONA foi inversamente proporcional,
apresentando uma tendência linear com a temperatura. Esse resultado pode
ser justificado pela estrutura do grão, pois o cultivar IPR Afrodite é constituído
por um revestimento mais rígido quando comparado ao pericarpo da URS
CORONA, e essa estrutura mais rígida pode ter promovido resistência na
entrada no grão, e por consequência, um comportamento atípico quando
comparado ao outro cultivar desse estudo. No entanto, os valores de β
(velocidade do processo de absorção de umidade) obtidos demonstraram uma
influência da temperatura, pois para ambos cultivares o valor descreu com o
aumento de energia no sistema.
• Modelo Generalizado
Como o ajuste do modelo de Peleg e Weibull foram satisfatórios, as
constantes 𝐾1 e β foram relacionadas com a Equação de Arrhenius, pois as
respectivas constantes apresentaram decréscimo com aumento da temperatura
(TABELA 12).
74
TABELA 12 - EQUAÇÕES DOS PARÂMETROS DOS MODELOS PELA LEI DE ARRHENIUS
Cultivar Modelo Parâmetro Equação de Arhenius
R² P(%)
IPR Afrodite
Peleg 𝐾1 1
𝐾1= 1,81𝑥109𝑒
−41433
𝑅.𝑇 (16) 0,9177 8,869
IPR
Afrodite
URS
CORONA
Weibull β 1
𝛽= 5,40𝑥106𝑒
−39168
𝑅.𝑇 (17) 0,8324 10,563
Peleg 𝐾1 1
𝐾1= 3,78𝑥105𝑒
−15449
𝑅.𝑇 (18) 0,9049
9,053
URS CORONA
Weibull β 1
β= 9,50x107𝑒
−48122
𝑅.𝑇 (19) 0.98478 1,935
*𝐾1: constante de velocidade de transferência de massa (h-1 %); β: parâmetro de escala; define a velocidade do processo de absorção de umidade; R²: coeficiente de determinação ajustado; P%: erro relativo.
A Tabela 12 exibe a relação das constantes dos modelos empíricos
com a Equação de Arrhenius, esta por sua vez, forneceu a energia de ativação
do processo de hidratação para cada cultivar dos modelos estudados.
As energias de ativação obtidas no processo de hidratação de
Montanucci, Jorge e Jorge (2013) para a cevada e de Marques, Jorge e Jorge
(2016) para o grão de milho foram menores quando comparadas a deste
estudo para aveia, exceto a energia de ativação obtida para o cultivar URS
CORONA para o modelo de Peleg. Esse resultado justifica os maiores valores
da constante de velocidade de transferência de massa para IPR AFRODITE,
pois como foi verificado, pois quanto menor for o valor da energia de ativação
maior será a difusividade efetiva de água no produto (RESENDE; CORRÊA,
2007)
Como os valores de 𝐾2 e α do cultivar IPR Afrodite mantiveram-se
constantes com o aumento da temperatura, não apresentando uma tendência
linear, então por isso, obtiveram-se o valor médio dessas constantes. Enquanto
para o cultivar URS CORONA foi obtida regressões lineares, tanto para 𝐾2 e
quanto para α. Esse decréscimo linear com o aumento da temperatura também
foi observado por Botelho et al. (2010) na hidratação do o arroz parboilizado.
Obtendo-se a média das constantes 𝐾2 e α para Afrodite mais as
equações de dependência linear dessas constantes para URS CORONA e as
75
relações dos parâmetros cinéticos 𝐾1 e β com a Equação de Arrhenius
presente na Tabela 13, adquiram-se modelos generalizados para os modelos
empíricos, Peleg e Weibull (Equações 20-23) os quais estão expostos na
Tabela 13.
TABELA 13 – MODELOS GENERALIZADOS PARA O CULTIVARES IPR AFRODITE E URS
CORONA
MODELO GENERALIZADO DE PELEG
IPR AFRODITE
𝐔(𝐭) = 𝐔𝟎 +𝐭
𝟏
𝟏, 𝟖𝟏𝐱𝟏𝟎𝟗𝐞−𝟒𝟏𝟒𝟑𝟑𝐑.𝐓
+ (𝟎, 𝟎𝟒𝟎𝟔×𝐭)
(20)
URS CORONA
𝐔(𝐭) = 𝐔𝟎𝐭
𝟏
𝟑, 𝟕𝟖𝐱𝟏𝟎𝟓𝐞−𝟏𝟓𝟒𝟒𝟗𝐑.𝐓
+ (−𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟔𝐓 + 𝟎, 𝟐𝟏𝟒𝟓𝐓)𝐱𝐭
(21)
MODELO GENERALIZADO DE WEIBULL
IPR AFRODITE
𝑼(𝒕) =
(
𝒆(−
𝒕
𝟓,𝟒𝟎𝒙𝟏𝟎𝟔𝒆−𝟑𝟗𝟏𝟔𝟖𝑹.𝑻
)
𝟎.𝟎𝟗𝟒𝟔𝟓
)
(𝑼𝟎 − 𝑼𝒔) + 𝑼𝒔 (22)
URS CORONA
𝑼(𝒕) =
(
𝒆(−
𝒕
𝟗,𝟓𝟎𝐱𝟏𝟎𝟕𝒆_𝟒𝟖𝟏𝟐𝟐𝑹.𝑻
)
−𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟗𝐓+𝟎,𝟑𝟓𝟗𝟔𝟓
)
(𝑼𝟎 − 𝑼𝒔) + 𝑼𝒔 (23)
FONTE: À AUTORA (2016).
Os respectivos modelos representados pela Equação 20, 21, 22 e 23 e
são capazes de estimar a absorção de umidade na etapa de hidratação da
aveia de ambos cultivares, por meio da interpolação de temperaturas que não
foram estudadas. Estas, por sua vez, fornecem informações sobre a umidade
do grão durante o processamento, sendo de interesse para a indústria de
amido, malte e farinha.
• Modelos Fenomenológicos
As Figuras 20- 23 exibem os ajustes matemáticos dos modelos teóricos
empregados nesse estudo. Com esses ajustes foi possível adquirir parâmetros
76
de improtância ao processo de maceração da aveia, bem como o coefienciente
convectivo e a coeficiente difusivo.
FIGURA 20 - MODELO PARÂMETROS
CONCENTRADOS (CULTIVAR IPR AFRODITE)
FIGURA 21 - MODELO PARÂMETROS CONCENTRADOS (CULTIVAR URS
CORONA)
FIGURA 22 - MODELO DE DIFUSÃO (CULTIVAR IPR AFRODITE)
FIGURA 23 - MODELO DE DIFUSÃO (CULTIVAR IPR AFRODITE)
A Tabela 14 apresenta os parâmetros cinéticos obtidos por meio dos
ajustes matemáticos e também apresenta a qualidade do ajuste frente aos
dados experimentais.
77
TABELA 14 – AJUSTES MATEMÁTICOS POR MODELOS FENOMENOLOGICOS
Cultivares Temperatura (°C) Modelo Parâmetros Concentrados
𝑲𝒔 (cm/ min) 𝝆𝒆𝒒 (g/ cm³) R² P (%) RMSE (%)
IPR Afrodite 10 0,00087 ± 0,00062 0,00528 0,957 3,331 4,404 20 0,00169 ± 0,00037 0,00758 0,813 7,241 8,763 25 0,00154 ± 0,00029 0,00819 0,892 5,477 7,236 35 0,00168 ± 0,00026 0,00876 0,813 7,465 9,531
URS CORONA 10 0,00101 ± 0,00067 0,00589 0,894 3,904 5,188 20 0,00108 ± 0,00021 0,00710 0,890 4,442 5,946 25 0,00122 ± 0,00025 0,00771 0,907 2,422 5,984 35 0,00134 ± 0,00023 0,00838 0,852 5,908 7,452
Temperatura (°C) MODELO DE DIFUSÃO
𝑫𝒆 (m²/s) R² P (%) RMSE (%)
IPR Afrodite 10 2,8x10-9 ± 1,7x10-10 0,984 3,173 5,468 20 3,9x10-9 ± 6,5x10-10 0,896 8,601 8,057 25 4,3x10-9 ± 5,4x10-10 0,948 4,722 7,218 35 3,6x10-9 ± 5,7x10-10 0,902 6,683 8,948
URS CORONA 10 2,4x10-9 ± 3,1x10-10 0,916 5,224 7,051 20 2,8x10-9 ± 4,1x10-10 0,899 6,203 7,869 25 2,9x10-9 ± 3,9x10-10 0,915 5,958 7,775 35 3,1x10-9 ± 4,4 x10-10 0,915 6,067 8,206
Onde, 𝐾𝑠: coeficiente convectivo de transferência de massa (cm/ min) ; 𝜌𝑒𝑞: concentração de água no grão no equilíbrio (g.cm-3); 𝐷𝑒:
Coeficiente de disfusão (m².s-1); R²: coeficiente de determinação ajustado; RMSE: raiz quadrada media do erro; P%: erro relativo.
78
A Tabela 14 expõe os resultados da modelagem do processo de imersão em
água dos grãos de aveia. Com os resultados estatísticos avaliou-se que os valores
de P foram menores que 10%, mas a raiz quadrada do erro médio foram superiores
a 5%.
Ao analisar os ajustes matemáticos dos modelos teóricos pode-se constatar
que o modelo de difusão, por ser um modelo de parâmetros distribuídos apresentou
menores valores nos erros e melhor coeficiente de determinação. Esse resultado
pode ser correlacionado com o regime de hidratação da aveia, como foi visto, o
mesmo tem uma absorção de água de forma distribuída pelo grão, dessa maneira o
modelo de difusão realmente tem melhor representatividade para esse processo.
Ao analisar os valores dos parâmetros (𝐾𝑠 e 𝐷𝑒) verificou que o coeficiente
convectivo de transferência de massa e o coefieciente difusivo para o cultivar
Afrodite teve um decréscimo com aumento da temperatura até a temperatura de 25
°C, mas na última temperatura (35 °C) o valor apresentou um leve aumento. De
acordo com estudo de Quicazá, Caicedo e Cuenca (2012) o aumento da
temperatura pode ocasionar a desnaturação das proteínas reduzindo a capacidade
de hidratação inicial dos grãos. Quanto maior o valor de 𝐾𝑠, maior é a transferência
de massa por convecção, essa pode ter influência da temperatura, pois pode
aumentar com o acréscimo de enrgia no sistema.
Em contrapartida, esses parâmetros de processo para o ultivar URS
CORONA aumentou com a elevação da temperatura de hidratação, constando uma
depência linear com a variável temperatura.
Demais estudos que determinaram o coeficiente difusivo para cereais
verficaram que o arroz Kashaninejad et al. (2007) apresentou um 𝐷𝑒 de 5,6x10 – 9
(m².s-1) (25 °C) valor maior ao encontrado nesse estudo, enquanto Ouloahna et al.
(2012) obteve para o grão de trigo um coeficiente de 1,2x10-10 (m².s-1) (25 °C) e
Pineda-Gómez, Rosales-Rivera, Rodríguez-Garcia (2012) verificou em seu estudo
com o grão de milho, hidratado a 92,5 °C um coeficiente difusivo de 1,45x10-10 (m².s-
1O coeficiente de difusão está relacionado com a mobilidade das moléculas de água,
sendo assim, alimentos de maior porosidade podem apresentar um maior
coeficiente, uma vez que a maior porosidade favorece a permeabilidade da água no
interior do grão.
79
4.2.3 Considerações Gerais
O item 4.2 abordou o compormento cinéticos de absorção pelos grão de aveia
de dois cultivares, IPR Afrodite e URS CORONA, com isso, vale ressaltar alguns dos
resultados obtidos:
• Diante as propriedades cinéticas de absorção, contantou-se que o processo
de hidratação foi separado em fases de absorção pelo grão caracterizado
pelos fenômenos de transferência de massa, forças capilares e difusão;
• Os parâmetros cinéticos obtidos mostraram que a aveia apresenta meor
capacidade de absorção quando comparada com cereais que contem maior
teor de amido;
• Os parâmetros cinéticos, tanto para modelos empíricos e teóricos estudados,
tiveram relação com a temperatuda do processo de hidratação, exceto para o
cultivar IPR Afrodite.
4.3 OBTENÇÃO DOS MALTES DE AVEIA
Apartir do compartamento cinético de hidratação da aveia foram selecionados
cinco termperaturas, sendo estas 10, 15, 20, 25 e 35 °C. As temperaturas mais
baixas foram escolhidas em virtude da característica do grão, pois a Aveia é um grão
de inverno, como trigo, centeio e cevada, e por esse motivo, esse cereal apresenta
uma alta atividade biológica. Pelo comportamento cinético de absorção de água pelo
grão, notou-se que nas temperaturas maiores a capacidade do grão em absover
água foi maior, teve-se como propósito avaliar também essas temperaturas mais
elevadas, como a de 25°C e de 35 °C.
80
FIGURA 24 - ILUSTRAÇÃO DO ESQUEMA DE MACERAÇÃO (HIDRATAÇÃO) DO GRÃO DE AVEIA (Avena sativa)
FONTE: A AUTORA (2016).
4.3.1 Germinação
Os grãos de aveia foram submetidos ao processo de germinação e durante os
cincos dias obteve-seforam obtidos os resultados do potencial germinativo e poder
de germinação do grão de aveia, como mostra a Tabela 15.
TABELA 15 – RESULTADO DO POTENCIAL GERMINATIVO E PODER GEMINATIVO DOS
CULTIVARES IPR AFRODITE E URS CORONA
Amostras Potencial Germinativo Poder Germinativo
Aveia Afrodite (10 °C) 63,2 ± 2,0 95,2 % ± 2,2 Aveia Afrodite (15 °C) 65,3% ± 3,0 96,36 % ± 3,4 Aveia Afrodite (20 °C) 66,7% ± 3,1 98,4% ± 2,6 Aveia Afrodite (25 °C) 68,5% ± 3,6 99,3% ± 1,3 Aveia Afrodite (35 °C) 65,2% ± 2,6 98,6% ± 2,2
Aveia CORONA (10 °C) 64,2% ± 2,8 96,3% ± 2,1 Aveia CORONA (15 °C) 69,2% ± 2,6 95,7% ± 2,2 Aveia CORONA (20 °C) 73,1% ± 1,9 99,5% ± 1,8 Aveia CORONA (25 °C) 74,3% ± 1,7 98,6% ± 2,3 Aveia CORONA (35 °C) 77,6% ± 2,2 97,4% ± 1,4
Os resultados expostos na Tabela 15 monstram que os grãos de aveia
apresentam pontecial e poder germinativo condizente ao requerido para o processo
de maltagem, sendo assim, todos os grãos que germinaram seguiram para o
processo de secagem.
81
4.3.2 Secagem dos grãos germinados
Após secagem determinou-se a umidade final dos maltes de aveia obtidos e
do malte cevada comerial, e renomearam as amostras para as demais análises,
conforme a Tabela 16.
TABELA 16 – NOMENCLATURA DOS MALTES E TEOR DE UMIDADE( %)
Amostras Códigos das Amostras Umidade (%)
Aveia Corona 1 11,7 ± 0,001 Malte Corona (10 °C) 2 11,3 ± 0,003 Malte Corona (15 °C) 3 12,2 ± 0,005 Malte Corona (20 °C) 4 11,1 ± 0,012 Malte Corona (25°C) 5 11,9 ± 0,017 Malte Corona (35 °C) 6 11,6 ± 0,023
Aveia Afrodite 7 12,4 ± 0,066 Malte Afrodite (10 °C) 8 11,5 ± 0,011 Malte Afrodite (15 °C) 9 12,0 ± 0,013 Malte Afrodite (20 °C) 10 11,6 ± 0,051 Malte Afrodite (25 °C) 11 11,2 ± 0,023 Malte Afrodite (35 °C) 12 11,9 ± 0,045
Malte Cevada Comercial 13 10,4 ± 0,032
Como mostra a Tabela 16, os teores de umidade final após a secagem do
grão germinado são semelhantes aos teores de água do grão de aveia in natura. A
representação desse processo pode ser visualizada pela Figura 25.
FIGURA - 25 - REPRESENTAÇÃO DO PROCESSO DE SECAGEM DOS GRÃOS GERMINADOS
FONTE: À AUTORA (2017).
82
4.4 CARACTERIZAÇÃO DO MALTE DE AVEIA
4.4.1 Análises de Espectroscopia FTIR
A análise de espectroscopia de FTIR representada pela Figura 26 foi
realizada a fim de detectar diferenças na estrutura química dos maltes, e comparar
com a aveia in natura e o malte cevada comercial.
FIGURA 26 - ESPECTROS FTIR DAS AMOSTRAS DE MALTE E AVEIA in natura
NOTA: [1] Aveia in natura URS CORONA; [2] Malte Corona 10 °C; [3] Malte URS CORONA 15 °C; [4] Malte URS CORONA 20 °C; [5] Malte URS CORONA 25 °C; [6] Malte URS CORONA 35 °C; [7] Aveia in natura IPR Afrodite; [8] Malte IPR Afrodite 10 °C; [9] Malte IPR Afrodite 15 °C; [10] Malte IPR Afrodite 20 °C; [11] Malte IPR Afrodite 25 °C; [12] Malte IPR Afrodite 35 °C; [13] Malte cevada comercial.
Os cereais apresentaram em sua composição química macromoléculas como
amido, lipídios, fibras e proteínas, que são moléculas orgânicas de fácil detecção
pelas técnicas FTIR, mas que para o grão de aveia tem sido pouco explorada (AMIR
et al. 2013).
Similarmente ao encontrado por Sujka e colaboradores (2017) na
caracterização da farinha de trigo, o espectro das amostras de malte apresentaram
bandas características em 3600-3200 cm-1 há uma banda formada pelo estiramento
da vibração da ligação O-H, como pode ser visto na Figura 25. Enquanto as bandas
83
formadas no intervalo 3000-2800 cm-1 ocorreram devido as vibrações de estiramento
da ligação C-H.
A região que varia 1720 a 1650 cm-1 representaram o alongamento do grupo
amida I (C=O) das proteínas. Os picos formados na região de 1500 cm-1 evidenciam
a inflexão das ligações (N-H) do grupo amida II das proteínas da aveia e outro
estiramento localizado na região 1249 cm-1 é o grupo amida III das proteínas.
Segundo dados da literatura, a região desse grupo pode varia de 1350 a 1200 cm-1,
como foi observado por Sujka et al (2017) para o trigo, que apresenta composição
semelhante ao da aveia. Czaca, Mazurek e Szostak (2016) encontraram, para
farinha de trigo, região característica da Amida I (1600-1690 cm-1) e amida II (1480-
1580 cm – 1 ). Enquanto isso, no comprimento de onda de 900 e 852 cm-1
encontram - se o alongamento da molécula β-glicose e α-glicose (AMIR et al., 2013).
A diferença observada no presente estudo está no malte de aveia corona in
natura, no malte de aveia corona hidratado a temperatura de 10 °C e no malte de
cevada comercial, pela banda que não foi formada na região de 1750 cm-1
característica do grupo éster. Tal comportamento pode ser justificado por hidrólise
realizada pelas lipases durante a germinação, sendo assim, com o malte Corona
hidratado a emperatura de 10 °C a atividade enzimática pode ter sido menor,
gerando menos compostos os quais são ficaram no limite de detecção do
equipamento.
4.4.2 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
Com a finalidade de avaliar a estrutura dos grânulos dos maltes obtidos por
diferentes temperaturas de hidratação e verificar possíveis mudanças morfológicas,
realizou-se análise de MEV.
As Figuras 27 e 28 apresentam as micrografias realizadas para os maltes de
aveia obtidas por diferentes temperaturas de maceração, malte cevada comercial e
aveia in natura dos cultivares URS CORONA e IPR Afrodite.
84
FIGURA 27 - IMAGENS MICROSCÓPICAS DOS MALTES DE AVEIA, AVEIA IN NATURA E PARA O CULTIVAR URS CORONA. AMPLIAÇÕES DE 2 Kx e 9.00 kx DA ESQUERDA PARA DIREITA.
Amostra 1 Amostra 2
Amostra 3 Amostra 4
Amostra 5 Amostra 6
NOTA: [1] Aveia in natura URS CORONA; [2] Malte Corona 10 °C; [3] Malte URS CORONA 15 °C; [4] Malte URS CORONA 20 °C; [5] Malte URS CORONA 25 °C; [6] Malte URS CORONA 35 °C.
85
FIGURA 28 - IMAGENS MICROSCÓPICAS DOS MALTES DE AVEIA, AVEIA IN NATURA PARA O CULTIVAR IPR AFRODITE E O MALTE CEVADA COMERCIAL. AMPLIAÇÕES DE 2 Kx e 9.00 kx
DA ESQUERDA PARA DIREITA.
Amostra 7 Amostra 8
Amostra 9 Amostra 10
Amostra 11 Amostra12
Amostra 13
NOTA: [7] Aveia in natura IPR Afrodite; [8] Malte IPR Afrodite 10 °C; [9] Malte IPR Afrodite 15 °C; [10] Malte IPR Afrodite 20 °C; [11] Malte IPR Afrodite 25 °C; [12] Malte IPR Afrodite 35 °C; [13] Malte cevada comercial.
86
Com as análises da morfologia dos maltes e grão in natura pode-se observar
leves mudanças estruturais na amostra 4 e, modificações nítidas na amostra 5 e 6.
Enquanto para o cultivar IPR Afrodite houve alterações leves nas amostras 9, 11 e
12, a amostra 10 apresentou modificações morfológicas acentuadas, quando
comparada ao grão de aveia in natura.
Segundo Sandrin (2013), o processo de malteação promove mudanças
estruturais no grão de aveia, no qual as enzimas proteolíticas e amilolíticas
hidrolisam moléculas de proteínas e amido, resutando em alterações na parede
celular do grão, como pode ser visualizada na Figura 29.
Essas modificações são decorrentes da ação enzimática de amilases e
proteases, estas por sua vez, atuam no processo de germinação do grão. No
entanto, a temperatura do processo de maceração teve contribuição, como foi visto
nas análises morfológicas. Para o cultivar CORONA a temperatura de maceração
que promoveu uma mudança visível foram as de 25 e 35 °C., e o cultivar IPR
Afrodite foi a temperatura de 20 °C. A germinação é um processo biológico que além
da atividade enzimática, é influenciado por vários fatores como, a temperatura
ambiente, umidade e composição química do grão. Por isso, os cultivares
apresentaram comportamentos germinativos diferentes entre si, conforme observado
nas Figuras 27 e 28.
Ao comparar as imagens do malte de aveia com o malte de cevada nota-se
que a respectiva amostra também apresenta alterações em sua morfologia.
FIGURA 29 - CAMADA DA ALEURONA DA AVEIA MALTADA
FONTE: SANDRIN (2013).
87
Cho e Lim (2016) reportaram em seu estudo com o grão de arroz germinado
que os grânulos de amido apresentaram mudanças em sua forma (FIGURA 30). Os
autores afirmaram que ocorreu degradação de proteínas associadas ao amido
também hidrólise nos grânulos de amido por amilases e proteases, enzimas ativadas
durante a germinação.
FIGURA 30 - GRÂNULOS DE AMIDO DE ARROZ GERMINADO
FONTE: CHO E LIM (2016).
4.4.3 Teor de açúcares redutores
A determinação de açúcares redutores teve como princípio avaliar
quantitativamente a atividade enzimática das amostras. Com isso, obteve-se o
teores (mg.L-1 de extrato de malte), como mostra a Tabela 17.
88
TABELA 17 – AÇÚCARES REDUTORES (mg.L-1)
Amostras Teores de Açúcares redutores (mg.L-1)
1 2649,10k ± 37,18
2 4642,25i ± 22,50
3 3671,59f ± 48,68
4 3724,712j± 92,13
5 15184,20c ± 77,048
6 10709,29d ± 83,27
7 3708,74f ± 44,32
8 5812,98g± 97,70
9 6530,61h ± 42,78
10 9021,92e ± 50,49
11 13922,72b ± 66,39
12 12827,23b± 98,36
13 43886,22a ± 59,17
Letras minúscula iguais na mesma coluna indicam médias iguais pelo teste de Tukey (p<0,05). *NOTA: [1] Aveia in natura URS CORONA; [2] Malte Corona 10 °C; [3] Malte URS CORONA 15 °C; [4] Malte URS CORONA 20 °C; [5] Malte URS CORONA 25 °C; [6] Malte URS CORONA 35 °C; [7] Aveia in natura IPR Afrodite; [8] Malte IPR Afrodite 10 °C; [9] Malte IPR Afrodite 15 °C; [10] Malte IPR Afrodite 20 °C; [11] Malte IPR Afrodite 25 °C; [12] Malte IPR Afrodite 35 °C; [13] Malte cevada comercial.
Ao analisar a Tabela 17, verificou-se que as amostras continham maiores
teores de açúcares redutores (Amostras: 5, 6, 10, 11, 12 e 13) foram as mesmas
amostras que tiveram mudanças morfológicas notáveis na análise de MEV (seção
4.4.2).
A quantidade de açúcares redutores do malte de cevada foi
significativamente (p<0,05) superiores às demais amostras. Este resultado condiz
com o poder diastásico da cevada, que foi notadamente superior ao da aveia. O
poder diástasico do grão consiste na conversão da molécula de amido em moléculas
de açúcares (SERNA-SALDIVAR, 2010).
As amostras 5 e 6, (malte CORONA) obtidas pela maceração a temperatura
de 25 e 35 °C, respectivamente e os maltes IPR Afrodite, 10, 11 e 12, macerados a
temperatura de 20, 25 e 35 °C, nessa ordem, apresentaram maiores teores de
açúcares redutores que as demais amostras, exceto quando comparados ao malte
cevada comercial.
A presença de açúcares redutores nas amostras evidencia a ação enzimática
das amilases na hidrólise de amido durante o processo de germinação que foi
influenciado pela temperatura de maceração. As temperaturas mais elevadas, como
a de 25 e 25 °C foram eficazes para amostra IPR Afrodite e para o cultivar
89
CORONA, uma vez que, além de atingirem maior teor de umidade no grão tal
variável não promoveu dormência no grão durante o processo de germinação.
Cabe ressaltar que os teores de açúcares da amostra de aveia in natura são
cinco vezes menores quando comparado aos maltes que tiveram melhor atividade
enzimática durante a germinação.
Esses resultados apontam que os extratos das amostras 5, 6, 10. 11 e 12
apresentaram maior atividade enzimática, pois a presença de açúcares redutores
aumentou de forma significativa durante a germinação. Sendo assim, esses extratos
podem ser testados em produtos de panificação e fermentados, como aditivos que
podem melhorar as características teccnológicas dos produtos.
4.4.4 Análise de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE)
Muitos dos compostos fenólicos encontrados na natureza são subtâncias
bioativas que podem apresentar capacidade antioxidante (VERMERRIS;
NICHOLSON, 2006). Com o objetivo de quantificar alguns compostos contidos nas
amostras de malte de aveia, aveia in natura e malte cevada.foi realizada a análise
de cromotografia líquida de alta eficiência (CLAE). . Para que a análise
cromatográfica seja possível, foi necessária uma etapa prévia de extração desses
compostos fenólicos que foi realizada por ultrassom (40 KHz).
Inicialmente, curvas analíticas externas foram construídas para avaliar a faixa
linear de respotas dos compostos fenólicos avaliados. A equação das curvas de
calibração realizada para os padrões podem ser vistas na Tabela 18.
90
TABELA 18- EQUAÇÕES DA CURVA DE CALIBRAÇÃO DOS COMPOSTOS PADRÕES PAR
QUANTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS FENÓLICOS.
Compostos Padrões Tempo Médio de Retenção
(min)
Equação de Calibração
R²
Àcido Gálico 7,5 116292x – 864,1 0,9995
Àcido Clorogênico 21,5 102458x – 4616,7 0,9998
Acido Vanilíco 24,1 104561x – 6873,3 0,9985
Àcido Caféico 25,2 199437x - 15562 0,9976
Acido Siríngico 27,6 141603x – 5439,1 0,9994
Acido ρ- Cumárico 35,7 228406x + 6356 0,9997
Acido Ferrúlico 39,5 195518x - 58015 0,9943
As equações da curva de calibração para os padrões foram consideradas
linear na faixa de concentração estudada uma vez que com altos valores no
coeficiente de determinação foram obtidos.
Com as equações foi possível determinar o teor dos compostos presente
nas amostras, com o propósito foi de avaliar o efeito da temperatura do processo de
maceração sobre o teor dos compostos fenólicos presentes nos cereais.
Os teores dessas subtâncias encontram-se na Tabela 19.
91
TABELA 19 – TEORES DE COMPOSTOS FENÓLICOS QUANTIFICADOS POR CLAE (CROMATOGRAFIA LÍQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA)
NOTA: [1] Aveia in natura URS CORONA; [2] Malte Corona 10 °C; [3] Malte URS CORONA 15 °C; [4] Malte URS CORONA 20 °C; [5] Malte URS CORONA 25 °C; [6] Malte URS CORONA 35 °C; [7] Aveia in natura IPR Afrodite; [8] Malte IPR Afrodite 10 °C; [9] Malte IPR Afrodite 15 °C; [10] Malte IPR Afrodite 20 °C; [11] Malte IPR Afrodite 25 °C; [12] Malte IPR Afrodite 35 °C; [13] Malte cevada comercial.
Teores de Compostos Fenólicos (mg.g-1)
Amostras Ácido Gálico Ácido Clorogênico Ácido Vanílico Ácido Caféico Ácido Siríngico Ácido Cumárico Ácido Ferrúlico
1 - 0,187 ± 0,015 0,210 ± 0,011 0,081 ± 0,006 0,326 ± 0,023 0,634 ±0,056
2 - 0,069 ± 0,023 0,128 ± 0,003 0,066 ± 0,0057 0,193 ± 0,103 0,660 ±0,043
3 - 0,056 ± 0,0016 0,142 ± 0,0013 0,062 ± 0,0236 0,318 ± 0,025 0,613 ± 0,012
4 - 0,032 ± 0,005 0,116 ± 0,063 0,065 ± 0,0213 0,274 ± 0,0123 0,677 ± 0,069
5 - 0,020 ±0,0018 0.174 ± 0,0013 0,055 ± 0,0123 0,236 ± 0,136 0,814 ± 0,0013
6 - 0.114 ± 0,061 0,129 ± 0,056 0,055 ± 0,0179 0,170 ± 0,169 0,708 ± 0,012
7 0,095± 0,006 - 0.190 ± 0,0130 0,275 ± 0,076 0,075 ± 0,006 0,366 ± 0,179 0,722 ± 0,011
8 0,151 ± 0,015 - 0,111 ± 0,0098 0,118 ± 0,0235 0,066 ± 0,006 0,147 ± 0,013 0,581 ± 0,006
9 0,198 ± 0,007 - 0,148 ± 0,0021 0,130± 0,119 0,059 ± 0,0123 0,630 ± 0,0021 0,751 ± 0,004
10 0,194 ± 0,0012 - 0,116 ± 0,013 0,130 ± 0,0147 0,055 ±0,0145 0,419 ± 0,0013 0,776 ± 0,0023
11 0,447 ± 0,003 - 0,129 ± 0,012 0,117 ± 0,0136 0,065 ± 0,0123 0,164 ± 0,0146 0,701 ± 0,0113
12 1,183 ± 0,0046 - 0,134 ± 0,022 0,177 ± 0,0666 0,065 ± 0,011 0,166 ±0,012 0,765 ± 0,0025
13 0,891 ± 0,023 - 0,089 ± 0,036 0,055 ± 0,004 0,648 ± 0,0036
92
Os resultados observados na Tabela 19 evidenciam algumas
diferenças entre as amostras analisadas. Pelo exposto, a presença do
composto ácido gálico foi identificada nas amostras 7-13, ou seja, o maltes da
aveia IPR Afrodite apresentaram um ligeiro aumento dessa subtância com a
germinação dos grãos macerados a temperatura mais elevada.
No entanto, o ácido clorogênico não foi determinado para as amostras
deste estudo. Como em demais estudos realizados, Irakli et al. (2012) e
Hiteazu et al (2015), também não encontraram tal composto na aveia, sendo
assim, pode ser que não haja concentrações detectáveis pelo método
proprosto.
Outra observação foi que o ácido vanílico, o ácido caféico e o ácido
siríngico apresentram redução em termos de concentração à medida que a
temperatura de maceração do processo de malteação. A hipótese para esse
fenômeno pode ser atribuído a sensibilidade deste composto à temperatura.
O malte de cevada comercial apresentou altos valores de ácido
ferrúlico, como visto em estudo de Leitão et al. (2012), e a aveia maltada
também. Os maltes de aveia tiveram ligeiro aumento desse composto, o qual
variou de 0,630 a 0,814 (mg.g-1), quando comparado a amostra de aveia in
natura, comportamento semelhante foi encontrado para os maltes de ambos
cultivares.
No estudo de Leitão et al (2012) foi constatado que o malte de cevada
também não apresentou teores de ácido caféico e do ácido siríngico, mas o
respectivo malte apresentou flavonóides, como a catequina.
Cho e Lim (2016) constataram em estudo do processo de germinação
do arroz, pode induzir a formação de compostos fenólicos, fibras dietéticas e
fitosteróis, e por isso, os grãos que sofrem germinação podem ser investigados
para uso como ingrediente em alimentos.
4.4.5 Compostos Fenólicos Totais e Capacidade Antioxidantes
A aveia é um cereal que apresenta benefícios à saúde em função da sua
composição, pois apresentam compostos como fitoquímicos. Esses compostos
estão presente na forma livre e ligado. Os grupos mais importantes da aveia
93
são fenólicos, ligninas, avenantramidas, carotenóides, Vitamina E, e fitoesteróis
(MEYDANI, 2014).
O teor de fenólicos e a ação antioxidante desses componentes no grão
de aveia, e dos maltes foram mensurados e os resultados obtidos estão
presentes nos gráficos resperensentados pelas Figuras 30, 31, 32 E 33.
FIGURA 31 - COMPOSTOS FENÓLICOS TOTAIS
FIGURA 32 - ANÁLISE DE DPPH
FIGURA 33 - ANÁLISE DE ABTS
FIGURA 34 - ANÁLISE DE FRAP
NOTA: [1] Aveia in natura URS CORONA; [2] Malte Corona 10 °C; [3] Malte URS CORONA 15 °C; [4] Malte URS CORONA 20 °C; [5] Malte URS CORONA 25 °C; [6] Malte URS CORONA 35 °C; [7] Aveia in natura IPR Afrodite; [8] Malte IPR Afrodite 10 °C; [9] Malte IPR Afrodite 15 °C; [10] Malte IPR Afrodite 20 °C; [11] Malte IPR Afrodite 25 °C; [12] Malte IPR Afrodite 35 °C; [13] Malte cevada comercial.
Os resultados expressam o comportamento das amostras frente ao
tratamento diferenciado realizado no processo de malteação.
94
Ao analisar a Figura 30 observou-se que o teor de fenólicos totais da
amostra de aveia é notadamente inferior aos maltes, para ambos cultivares, e
também os valores encontrados menores do que a amostra de malte comercial.
Em estudo realizado por Irakli et al (2012) foi verificado um teor de
compostos fenólicos de 2,908 (mg EAG. g-1 de amostra), valor semelhante ao
encontrado para a aveia URS CORONA (3,59 mg EAG.g-1 d.m), mas inferior ao
da amostra IPR Afrodite (5,01 mg EAG.g-1 d.m). Resultados expressos no
trabalho de Alfieri e Readelli (2015) mostraram que os teores de compostos
fenólicos da aveia nativa de diferentes variedades apresentaram menor valor,
quando comparado ao deste estudo, sendo o maior teor para variedade Wir
5287.
Ao comparar o efeito da malteação no teor de compostos fenólicos
notou-se que os maltes tiveram resultados ligeiramente superiores ao da aveia
na forma in natura, tanto para o cultivar CORONA quanto para Afrodite. O teor
de compostos fenólicos do malte de cevada foi próximo ao encontrado para os
maltes de aveia, sendo assim, se comparmos a quantidade de compostos
bioativos os maltes de aveia ao de cevada ambos apresentam propriedades
bioativas semelhantes.
Nelson et al. (2016) constatou que amostras de trigo malteadas
apresentaram maiores teores de fenólicos frente ao trigo in natura. E
relacionou tal valor com a atividade antioxidante in vitro por DPPH e esse
resultado foi semelhante, maior atividade antioxidante foi encontrado para o
cereal maltado.
Durante a germinação, além da sintese de enzimas, hidrólise de
maromoléculas também pode haver formação de compostos bioativos, por
esse motivo cereais maltados tende a apresenta maior teor de compostos
fenólicos e consequentemente maior atividade antioxidante (CHO; LIM, 2016).
Nesse trabalho, ao avaliar os maltes de aveia verificou-se que os maltes
tiveram alta capacidade antioxidantes pelos métodos de DPPH, ABTS E FRAP,
exceto para as amostras 11 e 12 que tiveram menores atividades mensuradas
pelo método do DPPH.
A atividade antioxidante para os maltes IPR Afrodite (25 °C) e (35 °C)
foram diferentes, ao comparar os métodos utilizados, DPPH, ABTS e FRAP. A
variação dos resultados enccontrados para as atividades antioxidantes in vitro
95
foi devido aos mecanismos diferentes que estão envolvidos na determinação
da capacidade antioxidantes, uma vez que ABTS e DPPH são radicaos livres
estáveis e podem doar um atómo de hidrogênio e podem transfererir elétrons.
Enquanto o FRAP tem a capacidade de transferir elétrons resultando na
redução dos íons ferro na presença de compostos antioxidantes (ZIELINSKI;
HAMINIUKI; BETA, 2016).
Os resultados obtidos evidenciaram que os maltes de aveia
apresentaram ligeiro aumento no teor de fenólicos após o processo de
germinação, e por consequência apresentaram ação antioxidante em teste in
vitro. Pois, aredita-se que no grão de aveia houve hidrólise também de lignina,
as quais formaram outras moléculas fenólicas de menor peso molecular, mas
que tiveram ação antioxidante (VERMERRIS; NICHOLSON, 2006).
A vantagem dos maltes com altos teores de compostos fenólicos e
potenciais antioxidantes está no apelo pelo consumo dessas subtâncias
biotivas pelos possíveis benefícios que podem promover a saúde. Com isso,
pode-se dizer que os maltes obtidos neste estudo tiveram aumento no teor de
fenólicos durante a germinação e por consequência apresentaram ação
antioxidante em teste in vitro. Mais análises poderiam ser realizadas para
avaliar a capacidade antioxidante in vivo para potencializar a produção e
consumo da aveia na forma de malte.
4.4.6 Análise de Componentes Principais (ACP)
Buscando uma correlação do efeito da temperatura com as propriedades
biotivas e ação enzimática dos maltes produzidos realizou-se análise de PCA
(Análise de Componentes Principais), como mostra a Figura 33 e 34.
96
FIGURA 33 - ANÁLISE DE PCA- GRÁFICO BIPLOT DE SCORES E LOADINGS PARA PC1 E PC2.
NOTA: [1] Aveia in natura URS CORONA; [2] Malte Corona 10 °C; [3] Malte URS CORONA 15 °C; [4] Malte URS CORONA 20 °C; [5] Malte URS CORONA 25 °C; [6] Malte URS CORONA 35 °C; [7] Aveia in natura IPR Afrodite; [8] Malte IPR Afrodite 10 °C; [9] Malte IPR Afrodite 15 °C; [10] Malte IPR Afrodite 20 °C; [11] Malte IPR Afrodite 25 °C; [12] Malte IPR Afrodite 35 °C; [13] Malte cevada comercial.Onde, os triângulos representam os Loadings (FRA, DPPH, AR- Açúcares redutores, TPC- Teor de Compostos fenólicos) e os círculos são as amostras enumeradas de 1 a 13.
FIGURA 33 - ANÁLISE DE PCA- GRÁFICO BIPLOT DE SCORES E LOADINGS PARA PC2 E
PC3.
NOTA: [1] Aveia in natura URS CORONA; [2] Malte Corona 10 °C; [3] Malte URS CORONA 15 °C; [4] Malte URS CORONA 20 °C; [5] Malte URS CORONA 25 °C; [6] Malte URS CORONA 35 °C; [7] Aveia in natura IPR Afrodite; [8] Malte IPR Afrodite 10 °C; [9] Malte IPR Afrodite 15 °C; [10] Malte IPR Afrodite 20 °C; [11] Malte IPR Afrodite 25 °C; [12] Malte IPR Afrodite 35 °C; [13] Malte cevada comercial. Onde, os triângulos representam os Loadings (FRA, DPPH, AR- Açúcares redutores, TPC- Teor de Compostos fenólicos) e os círculos são as amostras enumeradas de 1 a 13.
-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
PC 1 (44.50%)
PC
2 (21.92%
)
1 2
3
4
5 6
7
8
9 10
11
12
13
AR
TPC
Abts
Frap
DPPH
-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
PC 2 (21.92%)
PC
3 (17.42%
)
1
2
3
4
5 6
7
8
9
10
11
12
13
AR
TPC
Abts
Frap
DPPH
97
A analisando o primeiro gráfico representado pela Figura 33, verifica-se
que a componente 1 e 2 são capazes de explicar a maior parte da variabilidade
dos dados (66,42 %). No entanto, nenhum agrupamento claro pode ser
observado em PC1 x PC2. Por outro lado, quando PC2 x PC3 foram
analisadas, correlações mais claras entre os scores e loadings obtidos
puderam ser levantadas. Apesar da PC3 explicar apenas 17,42% da variância
dos dados, a avaliação do comportamento das amostras foi investigada.
A Figura 33 mostrou que as amostras 1, 8, 10 e 2 foram separadas por
apresentarem atividade antioxidante por Abts e DPPH semelhante, resultado
esperado uma vez que tal método apresenta o mesmo mecanismo de ação.
Por outro lado, as amostras 2, 9, 7 e 4 tiveram semelhanças quanto ao teor de
fenólicos . O grupo III, separado pela atividade antioxidante por FRAP agrupou
as amostra 5, 6, 11 e 12. E por fim, a amostra 13, do malte cevada comercial
apresentou diferença significativa entre as demais amostras por apresentar
maior teor de açúcares redutores.
Diante o exposto vale ressaltar que a temperatura de hidratação
influenciou nas características do malte de aveia, de modo que, estas tivessem
comportamento diferente frente as análises estudadas.
Contudo, as componentes PC1, PC2 e PC3 conseguem explicar 83,
84% das respostas das análises de antioxidantes, fenólicos e determinação de
açúcares redutores realizada neste estudo.
4.4.7 Considerações Gerais
O tópico 4.4 abordou os resultados referentes à caracterização dos
maltes de aveia obtidos por diferenças em seu tratamento de maceração. Com
isso, foi possível destacar algumas informações relavantes, tais como:
• Os maltes de aveia URS CORONA e IPR Afrodite apresentaram
diferenças estruturais e morfológicas quando comparadas a aveia na
forma in natura;
98
• Ao avaliar os compostos bioativos, constatou-se que o malte de cevada
apresenta diferença na composição química dessas subtâncias, uma
vez que não foi detectado a presença do ácido fenólico siríngico;
• Verificou-se que as amostras de maior teor de açúcares redutores
apresentaram diferenças em sua morfologia, evidenciando a ação
enzimática resultante do processo de germinação;
• A aveia é um cereal com teores consideráveis de compostos bioativos, e
como observados neste Item 4.4.6 a mesma na forma de malte tem
valores ligeiramente superiores de fenólicos e atividade antioxidante
pelos métodos testado.
• As temperaturas de 25 e 35 °C utilizadas no processo de hidratação
promoveram mudanças morfológicas, aumento no teor de compostos
fenólicos e na capacidade antioxidantes.
99
5 CONCLUSÃO-
De acordo com os resultados obtidos, os cultivares estudados
mostraram-se ricos em amido e proteína, macronutrientes de importância
nutricional e tecnológica para o processo de hidratação.
As cinéticas de absorção mostraram-se dependentes do binômio tempo
e temperatura. Estas, por sua vez, resultaram em um comportamento dividido
em duas fases, sendo a primeira regida pelas forças capilares e a segunda
pela difusão, fases observadas pela taxa de absorção de água.
O modelo de Peleg apresentou um ajuste satisfatório e, os parâmetros
k1 e k2 evidenciaram que o processo de hidratação da aveia ocorre de forma
diferente quando comparado a outros cereais reportados na literatura,
justificando a importância de conhecer as propriedades cinéticas para a
operação de maceração do cereal aveia.
Os valores de 𝐾1 decresceram com o aumento da temperatura e, a
partir da Equação de Arhenius foi observada a relação da constante de
velocidade de transferência de massa com acréscimo de energia no processo,
pois a capacidade de absorção dos grãos tende a diminuir a medida que que
estes atingem a umidade de equilíbrio. Enquanto que o coeficiente de difusão
teve aumento com o acréscimo da temperatura.
Verificou-se que, quanto maior a energia de ativação menor o valor
observado da constante de velocidade de transferência de massa no processo
de hidratação.
A análise de PCA possibilitou agrupar os maltes de aveia que
apresentaram comportamento semelhante quanto suas características
químicas, morfológicas, teor de compostos fenólicos e capacidade antioxidante
baseada no efeito da temperatura de maceração. Os maltes IPR Afrodite
hidratados a 25 e 35 °C apresentaram diferenças nas análises realizadas.
O processo de malteação realizado mostrou-se promissor na obtenção
de produtos com potencial aplicação em alimentos, pois o malte de aveia IPR
Afrodite hidratado a 25 °C e URS CORONA hidratado a 20 °C podem ser
utilizados como aditivos na elaboração de bolos, biscoitos, pães além de
bebidas fermentadas, uma vez que, para as amostras de aveia na forma de
100
malte foram encontrados teores consideráveis de açúcares redutores,
compostos bioativos com capacidade antioxidante.
.
101
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